Světelné zdroje a jejich účinnost (Light sources and their efficiency)

Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Pedagogická fakulta Katedra aplikované fyziky a techniky

Bakalářská práce

Světelné zdroje a jejich účinnost (Light sources and their efficiency)

Vypracovala: Martina Bačáková Vedoucí práce: doc. PaedDr. Jiří Tesař, Ph.D. České Budějovice 2015

ANOTACE

Tato bakalářská práce pojednává o světelných zdrojích a jejich účinnosti. V rešeršní části pojednává o vývoji žárovky a představuje hlavní milníky historie osvětlení, včetně veřejného osvětlení. Dále pojednává o principu a použití světelných zdrojů, o jejich členění podle druhu, typu, výrobce a ceny. V analytické části je provedena komparace různých druhů světelných zdrojů podle jejich světelné účinnosti a ceny. Součástí analýzy jsou i vyzařovací diagramy všech testovaných žárovek. Následuje analýza svítivosti jedné žárovky po svícení několika stovek hodin. V závěru bakalářské práce jsou dosažené výsledky shrnuty a komentovány.

ABSTRAKT

This bachelor thesis deals with light sources and their efficiency. The first part of the thesis discusses the development of bulbs and represents the major milestones of lighting, including public lighting. It also deals with the principle and the use of light sources and their classification by species, type, manufacturer and price as well. The analytic part consists of the comparative analysis of different types of light sources according to their luminous efficacy and their cost. As part of this, the analysis and radiation patterns of all tested bulbs is provided. The analysis of the luminosity of one bulb for lighting several hundred hours is the last part of this section. The thesis results are summarized and commented in the conclusion.

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svoji bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně pouze s použitím pramenů a literatury uvedených v seznamu citované literatury. Prohlašuji, že v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb. v platném znění souhlasím se zveřejněním své bakalářské práce, a to v nezkrácené podobě elektronickou cestou ve veřejně přístupné části databáze STAG provozované Jihočeskou univerzitou v Českých Budějovicích na jejích internetových stránkách. A to se zachováním mého autorského práva k odevzdanému textu této kvalifikační práce. Souhlasím dále s tím, aby toutéž elektronickou cestou byly v souladu s uvedeným ustanovením zákona č. 111/1998 Sb. zveřejněny posudky školitele a oponentů práce i záznam o průběhu a výsledku obhajoby kvalifikační práce. Rovněž souhlasím s porovnáním textu mé kvalifikační práce s databází kvalifikačních prací Theses.cz provozovanou Národním registrem vysokoškolských kvalifikačních prací a systémem na odhalování plagiátů.

V Českých Budějovicích dne 27. 4. 2015 Martina Bačáková

PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych chtěla poděkovat svému vedoucímu bakalářské práce panu doc. PaedDr. Jiřímu Tesařovi, Ph.D. za konzultace, cenné rady, ochotu a odbornou pomoc. Dále bych chtěla poděkovat panu Mgr. Vítu Bednářovi za pomoc při praktické části v laboratoři. A samozřejmě bych chtěla poděkovat rodině a příteli za jejich podporu při celém studiu.

OBSAH 1 ÚVOD .......................................................................................................................................... 7 2 HISTORIE..................................................................................................................................... 8 2.1 VÝVOJ ŽÁROVKY .................................................................................................................. 8 2.2 HISTORIE VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ ..................................................................................... 15 3 KLASICKÁ ŽÁROVKA .................................................................................................................. 16 3.1 PARAMETRY KLASICKÉ ŽÁROVKY ...................................................................................... 18 3.2 VÝHODY KLASICKÉ ŽÁROVKY ............................................................................................. 20 3.3 NEVÝHODY KLASICKÉ ŽÁROVKY ........................................................................................ 21 3.4 NAHRAZOVÁNÍ KLASICKÝCH ŽÁROVEK ............................................................................. 21 4 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA ............................................................................................................... 22 4.1 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA S VNĚJŠÍM PŘEDŘADNÍKEM .......................................................... 24 4.2 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA S ELEKTRONICKÝM INTEGROVANÝM PŘEDŘADNÍKEM ................. 25 4.3 VÝHODY KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK ..................................................................................... 27 4.4 NEVÝHODY KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK ................................................................................ 27 4.5 NEJČASTĚJŠÍ OMYLY U KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK .............................................................. 28 5 HALOGENOVÉ ŽÁROVKY........................................................................................................... 29 5.1 VÝHODY HALOGENOVÝCH ŽÁROVEK ................................................................................ 32 5.2 NEVÝHODY HALOGENOVÝCH ŽÁROVEK ............................................................................ 32 6 SVĚTELNÉ ZDROJE LED ............................................................................................................. 33 6.1 VÝHODY SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED .................................................................................. 36 6.2 NEVÝHODY SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED .............................................................................. 36 6.3 HLAVNÍ OBLASTI POUŽITÍ SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED ....................................................... 36 7 FOTOMETRIE ............................................................................................................................ 39 7.1 JEDNOTKY VE FOTOMETRII ............................................................................................... 40 7.2 MĚŘENÍ SVÍTIVOSTI POMOCÍ LUXMETRU ......................................................................... 41 7.3 MĚŘENÍ SVĚTELNÉHO TOKU ............................................................................................. 42 8 VLASTNÍ MĚŘENÍ ...................................................................................................................... 44 8.1 POMŮCKY .......................................................................................................................... 44 8.2 POSTUP MĚŘENÍ................................................................................................................ 46 8.2.1 LUXMETR LX-101 ........................................................................................................ 47 8.2.2 VERNIER...................................................................................................................... 47 9 DISKUZE NAMĚŘENÝCH HODNOT ............................................................................................ 49 9.1 LED ŽÁROVKA BL1 9 W STUDENÁ BÍLÁ E27 SMD5630 ...................................................... 49

9.2 LED ŽÁROVKA 7 W E27 NEUTRÁLNÍ BÍLÁ .......................................................................... 51 9.3 LED ŽÁROVKA 3W E14 TEPLÁ BÍLÁ, VLÁKNO ................................................................... 53 9.4 LED ŽÁROVKA ENF010 - C35J - 3 W ................................................................................... 55 9.5 LED ŽÁROVKA 4x1 W E27 TEPLÁ BÍLÁ ............................................................................... 57 9.6 KLASICKÁ ŽÁROVKA OSRAM 75 W .................................................................................... 59 9.7 KLASICKÁ ŽÁROVKA NBB BOHEMIA 75 W ......................................................................... 61 9.8 KLASICKÁ ŽÁROVKA NOVALINA 100 W MLÉČNÁ .............................................................. 63 9.9 KLASICKÁ ŽÁROVKA NBB BOHEMIA 40 W ......................................................................... 65 9.10 KLASICKÁ ŽÁROVKA RADIUM 60 W ................................................................................ 67 9.11 KLASICKÁ ŽÁROVKA TESLA 200 W ................................................................................... 69 9.12 KLASICKÁ ŽÁROVKA TES - LAMPS 60 W .......................................................................... 71 9.13 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA KONNOC 11 W ............................................................................. 73 9.14 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA ECO LITE 46 W ............................................................................. 75 9.15 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA HALLUX 8 W................................................................................. 77 9.16 MĚŘENÍ DLOUHODOBÉ ŽÁROVKY ................................................................................... 79 10 ZÁVĚR ..................................................................................................................................... 80 11 ZDROJE ................................................................................................................................... 82 12 PŘÍLOHY.................................................................................................................................. 84 12.1 PŮSOBENÍ FRANTIŠKA KŘIŽÍKA A VEŘEJNÉ OSVĚTLENÍ V JINDŘICHOVĚ HRADCI ........... 84 12.2 KŘIŽÍKOVA ELEKTRÁRNA V JINDŘICHOVĚ HRADCI .......................................................... 86

1 ÚVOD Problematika osvětlení zajímala lidstvo už odedávna. Nejdříve lidé svítili ohněm, později se objevily petrolejové lampy, plynové a obloukové lampy, až přišel vynález žárovky, která byla vynalezena v roce 1879. Od té doby vývoj žárovky hodně posunul a vylepšil. Vyrábí se nové druhy novými metodami, žárovky se zmenšují a vymýšlí se nové tvary. Dnes už máme několik druhů žárovek – klasické žárovky, kompaktní zářivky, halogenové žárovky, světelné zdroje LED. A každý tento druh má nespočet typů, podle výkonu, tvaru, barvy světla, úspory energie, atd. V dnešní době už na trhu nejsou klasické žárovky. Ale velmi se rozrůstá trh s kompaktními zářivkami a hlavně s LED žárovkami, je jich čím dál větší množství, různé typy a tvary. Bohužel cena LED žárovek je pořád dost vysoká pro běžné používání v domácnosti. Tato bakalářská práce se zabývá měřením různých druhů světelných zdrojů, jako jsou klasické žárovky, kompaktní zářivky, halogenové žárovky a světelné zdroje LED. Tyto světelné zdroje se pohybují v různých cenových kategoriích v závislosti na druhu žárovky a na výrobci. Naměřené hodnoty jsou zpracovány, je spočítaná svítivost, světelný tok a světelná účinnost. Jsou porovnané mezi sebou podle druhu a v poměru cena, světelná účinnost. Jsou sestaveny vyzařovací diagramy a u některých jsou naměřeny i grafy náběhu na plný výkon žárovky. Jedna žárovka byla měřena i dlouhodobě, aby bylo zjištěno, zda její svítivost slábne nebo zůstává stejná po svícení několika stovek hodin.

7

2 HISTORIE

2.1 VÝVOJ ŽÁROVKY

Lidé už stovky let potřebovali zdroj světla. Dříve se používal oheň, ale byl těžší na údržbu, velkým nebezpečím bylo možné vzplanutí. Z ohně a později ze svíček ale vycházelo špatné, slabé a mihotavé světlo. Později se začaly používat petrolejové lampy, které už začaly být bezpečnější, ale pořád nabízely pouze slabé a mihotavé světlo. Jelikož byl vynalezen automobil a lidé chtěli jezdit i v noci, bylo potřeba nalézt lepší zdroj světla. A tak se zrodilo acetylénové světlo, acetylén je jednoduché vyrobit, ale také snadno vybuchuje. Velkým pokrokem plynového osvětlení byla výroba svítiplynu. Roku 1792 objevil plynové osvětlení britský inženýr a vynálezce William Murdoch. Francouzský chemik Phillippe Lebron dostal patent na plynovou lampu roku 1799. Plynového osvětlení se lidé nejdříve báli, mysleli si, že v trubkách šlehají plameny. V polovině 19. století byla plynovým osvětlením osvětlena velká evropská města včetně Prahy. Plynové lampy nakonec vydržely až do poloviny 20. století a v Praze zhasla poslední plynová lampa v roce 1985. [5]

Obrázek 2.1: Anglická plynová svítidla z doby kolem roku 1815 [1]

8

U plynových lamp však byla jedna velká nevýhoda. Každá se musela samostatně rozsvítit a zhasnout. Navíc se s průběhem let dral dopředu nový zdroj energie – elektřina. Již při dřívějších pokusech bylo objeveno, že platinový drátek, kterým prochází elektrický proud, se rozžhaví a svítí, a mezi dvěma hroty vznikne oblouk, který rovněž svítí. Bylo nutné najít vhodný materiál na elektrody a bylo nutné zajistit stálou vzdálenost elektrod. Jako první tyto podmínky splnil francouzský fyzik Jean Bernard Léon Foucault, elektrody byly uspořádány v ose a jejich posuv zajišťovalo poměrně složité zařízení. Dalším vynálezcem byl ruský vojenský inženýr Pavel Nikolajevič Jabločkov, který umístil elektrody paralelně vedle sebe do optimální vzdálenosti. Na pozdějším zdokonalování „obloukovek“ se mimo jiné podílel i český elektrotechnik František Křižík, který za zdokonalený typ obloukové lampy se solenoidem obdržel v roce 1881 na výstavě první cenu. Velkou nevýhodou obloukových lamp byla krátká životnost elektrod, tu se modernizací podařilo odstranit, ale to už vznikaly žárovky. [5]

Obrázek 2.2: Křižíkova oblouková lampa [3]

9

Za vynálezce žárovky je považován Thomas Alva Edison, není to však pravda, princip žárovky byl znám už dříve, Edison jej ale dokázal dobře prodat. Velmi slibným směrem se vydal už roku 1809 britský vynálezce Humphry Davy, když nechal elektrický proud procházet tenkým platinovým drátkem. O třicet let později Warren de la Rue platinový drátek zatavil do skleněné trubičky a vyčerpal z ní vzduch. Žárovka byla na světě. Vysoká cena platiny však odrazovala od běžného použití. Problémem žárovky se v této době zabývalo několik dalších vynálezců. Američan John Wellington Starr použil roku 1845 místo platiny levný uhlík. Pokusy s uhlíkem v USA se také zabýval německý hodinář Heinrich Göbel. Roku 1854 sestrojil žárovku, v níž se žhavilo zuhelnatěné vlákno bambusu. Jeho žárovka dokázala svítit 220 hodin, což je déle než budoucí Edisonova žárovka. Heinrich Göbel ale neměl peníze na patentové zařízení, a tak žárovkami osvětloval pouze svoje hodinářství. V tutéž dobu se žárovkami zabýval i britský fyzik Joseph Swan. Uhlík pro vlákna získával z bavlny a roku 1880 získal britský patent. Komerční využití žárovek zajímalo velkopodnikatele a vynálezce Hirama Maxima. Ten skoupil všechny dosavadní patenty a roku 1878 založil firmu na výrobu žárovek. Jeho zaměstnanci vymýšleli zlepšování, prodloužili životnost žárovky na stovky hodin a vymysleli další praktická zlepšení. Až roku 1878 se žárovkami začal zabývat Thomas Alva Edison. Nedostatek technického vzdělání nahrazoval bezhlavým experimentováním a opisováním od konkurence. V říjnu 1879 jeho žárovka vydržela svítit 13,5 hodiny a tento skromný výkon bývá paradoxně označován za zrod nového věku, éry elektrického světla. Edison ve všech žárovkách používal uhlíkové vlákno. Ve srovnání s Göbelem slavil svůj úspěch skoro okamžitě, získal si své obdivovatele. Aby žhavá vlákna Edisonovy lampy byla trvanlivá a hned se nespálila, jsou zatavena v balonech nejvzduchoprázdnějších. [6]

10

Obrázek 2.3: Reklamní plakát Edisonovy žárovky [2]

Wolframové vlákno, které je v dnešních žárovkách, objevili Sándor Just a Franjo Hanaman, kteří roku 1904 získali maďarský patent. O rok později založili společnost Tungsram, která začala vyrábět první skutečně moderní žárovky.

11

Rok 1820 1840

Původce De la Rué Grove

Zdroj světla platinová spirála platinová spirála

1841 1841 1845

Moeyn Moleyn King-Starr

platinová spirála platinová spirála platinový pásek

1845 1846 1848 1849 1852 1854

King-Starr Staite-Greener Staite Petrie Robert Göbel

platinový pásek uhlíková tyčinka iridiové vlákno iridiové vlákno grafitová tyčinka uhlíkové vlákno

1856

De Changy

platinová spirála

1859

Farmer

platinový pásek

1860 1872

Swan Lodygin

zuhelnatělý papír grafitová tyčinka

1877 1877

Maxim Sawyer-Man

platinové vlákno uhlíkové vlákno

1878

Lane-Fox

1878

Swan

platinoiridiové vlákno uhlíkové vlákno

1878

Edison

1878 1881

Edison Edison

1886

Edison

1894

Swan

Provedení spirála upevněná v nevyčerpané rouře spirála v nádobě oddělené vodou od okolního vzduchu spirála ve vyčerpané baňce spirála svítila ve vyčerpané baňce pásek svítil ve vyčerpané baňce a mechanicky se natahoval zvýšení vakua barometricky, pomocí rtuti tyčinka svítila ve vakuu vlákno svítilo ve vyčerpané baňce vlákno svítilo ve vyčerpané baňce tyčinka svítila ve vyčerpané skleněné baňce vlákno svítilo v podlouhlé vyčerpané skleněné rouře vlákno svítilo ve vzdušném prostoru, vytvořena jako stolní svítidlo a stropní závěs pásek upevněn mezi kontakty ve vzdušném prostoru proužek ve tvaru U ve vyčerpané baňce tyčinka svítila ve vyčerpané baňce plněné dusíkem vlákno svítilo ve vyčerpané skleněné baňce vlákno svítilo ve vyčerpané baňce, spor s Edisonem o patent číslo 205144 vlákno svítilo ve vyčerpané skleněné baňce

vlákno svítilo ve vyčerpané skleněné baňce, která byla oboustranně zúžena platinová spirála spirála svítila ve vyčerpané rourovité skleněné baňce uhlíkové vlákno vlákno svítilo v baňce dnešního tvaru uhlíkové vlákno jednotná řada žárovek s napětím 110 V opatřená Edisonovou paticí uhlíkové vlákno jednotná řada žárovek s napětím 55 V, žárovky svítily po dvou v sérii na napětí 110 V vlákno ze stříkané vlákno svítilo v baňce dnešního tvaru celulózy

12

1897

Nernst

1899

Welsbach

thorium-cer, zirkon osmiové vlákno

1905

G.E.M.

uhlíkové vlákno

1906

G.E.M.

uhlíkové vlákno

1907

Gen.El.Com.

wolframové vlákno

1909 1912

Bolton Skaupy

1912

Needham

1913

Langmuir

1914

kartel žárovkáren

tantalové vlákno wolframové vlákno wolframové vlákno wolframová spirála wolframová spirála

tyto prvky umožňovaly zlepšit světelné vlastnosti (bílé světlo) vlákno svítilo ve vyčerpané baňce po dvou kusech v sérii vlákno svítilo ve vyčerpané skleněné baňce, po dvou v sérii na napětí 110 V, opatřena Edisonovou paticí vlákno svítilo ve vyčerpané baňce na napětí 110 V vlákno vyrobeno z wolframového prášku spojeného arabskou gumou a cukrem, hmota tlačena do úzkých tyčinek, které nebyly tolik křehké, svítilo ve vakuu vlákno svítilo ve vyčerpané baňce použita látka Getter, která zabraňovala černání baněk použita látka Getter, která zabraňovala černání baněk vlákno svítilo v baňce poprvé naplněné směsí argonu a dusíku moderní jednotná řada žárovek, nejprve odstupňována podle počtu svíček, potom podle výkonů, opatřena Edisonovou nebo Swanovou paticí moderní, plynem plněná žárovka s dvojitým vinutým vláknem, řada žárovek odstupňována podle lumenů, wattů

1934 kartel wolframová až žárovkáren spirála nyní Tabulka 2.1: historický vývoj žárovky [2]

13

Obrázek 2.4: Přehled vývoje jednotlivých typů žárovek [2]

14

2.2 HISTORIE VEŘEJNÉHO OSVĚTLENÍ

V roce 1558 nechal král Jindřich II. po Paříži rozmístit 736 kotlů se zapálenou smůlou, aby bylo v noci nějaké světlo. Podobné nařízení vydal i Rudolf II., i když až o padesát let později. V Praze bylo zavedeno trvalé osvětlení roku 1723, kdy byla celkem 121 olejovými lucernami osvětlená tzv. Královská cesta. Lucerny měly svítit jen v zimě a po celou noc. Počet luceren se v Praze zvyšoval, především zásluhou měšťanů, kteří si lucerny věšeli nad dveře svých domů. V 1823 už bylo v Praze na 1050 luceren. Na počátku 19. století se začínají používat plynové lampy. Mezi prvními osvětlenými místy byla londýnská třída Pall Mall a Westminsterský most, v roce 1815 bylo plynové osvícení i v Paříži. Winsor, který tato osvětlení zaváděl, údajně pocházel ze Znojma. V Praze byla postavena plynárna, která poprvé dodala plyn v roce 1847. V Praze bylo nejdříve osvětleno Staroměstské náměstí, Národní třída, Celetná ulice, Karlova ulice a Ovocný trh. O pár desítek let později byly postaveny plynárny na Žižkově a na Smíchově. První veřejná žárovková osvětlení byla instalována roku 1881 v Anglii a v USA. První elektricky osvětlené místo v českých zemích bylo brněnské divadlo, a to už roku 1882. Jako první město u nás roku 1887 byl osvětlen Jindřichův Hradec, v Panské ulici a na náměstí bylo 17 žárovek, dalším městem byl Písek, na Velkém náměstí svítily čtyři Křižíkovy obloukové lampy. V Pražském Karlíně bylo první veřejné elektrické osvětlení na podzim 1888. O šest let později bylo osvíceno Václavské náměstí. [7]

15

3 KLASICKÁ ŽÁROVKA

Jak již bylo zmíněno, u Edisonových žárovek bylo použito uhlíkové vlákno mezi dvěma elektrodami. Jak vidíme na obrázku 1, v dnešních žárovkách se jako vlákno výhradně používá wolframový drátek, který odolává vysokým teplotám. Wolframový drátek má průměr od 10 μm u 15 W žárovek do 120 μm u 200 W žárovek. Drátek bývá svinut do jednoduché nebo dvojité šroubovice. Vlákno je zafixováno přívody a podpěrnými molybdenovými háčky zapíchnutými do čočky tyčinky, která s dalšími skleněnými polotvary (talířkem a čerpací trubičkou) tvoří tzv. nožku. Vnější baňka je vyrobena ze sodnovápenatého skla a do něj je zatavena nožka s vláknem. Baňka může být čirá, matovaná, barvená, zrcadlená. Z baňky je vyčerpán vzduch, zbytky nežádoucích plynů, hlavně kyslíku a vodíku, jsou pohlceny getrem (červený fosfor nebo nitrid fosforu), který je nanesený na vlákno nebo konce přívodů po montáži vlákna na nožku. U standardních žárovek do 15 W je obvykle baňka vakuovaná, u silnějších žárovek je plněna směsí dusíku a argonu, někdy také kryptonem nebo dokonce xenonem. Tyto náplně umožňují vyšší provozní teploty vlákna, omezují jeho stárnutí a zabraňují černání baňky, a zlepšují tím stabilitu světelného toku během svícení. Náplň je volena tak, aby se za provozu tlak v baňce přibližně vyrovnal tlaku atmosférickému, aby nedošlo k prasknutí žárovky. Přívody jsou součástí elektrického obvodu, obvykle se skládají ze tří částí. Vnitřní část je vyrobena z niklu nebo poniklovaného železa. Prostřední část přívodu je vyrobena z tzv. plášťového drátu s činitelem teplotní roztažnosti odpovídajícím teplotní roztažnosti skleněného talířku. To zajišťuje vakuově těsné spojení kovových a skleněných částí žárovky, umožňující udržet potřebné vakuum nebo inertní prostředí v žárovce v průběhu celé její životnosti. Vnější část přívodu je většinou zhotovena z monetu (slitina niklu a mědi) o malém průměru (160 – 180 μm). Zajišťuje zároveň elektrický kontakt s objímkou svítidla prostřednictvím patice. Vnější část přívodu zároveň plní funkci pojistky (v případě vzniku výboje při přerušení vlákna v žárovkách plněných plynem). Přívody jsou s paticí spojeny buď pájením běžnými pájkami Sn - Pb nebo ekologicky čistším svářením. 16

Obyčejné žárovky jsou obvykle opatřeny závitovou paticí E27, nejčastěji zhotovenou z hliníku nebo galvanicky poniklované mosazi, nebo bajonetovou paticí Ba22d. Patice je k baňce připevněna speciálním tmelem. [12] Žárovky stárnou podle doby svícení. Jejich životnost se počítá v tisících hodin a je poměrně závislá na počtu rozsvícení a zhasnutí. Jakožto teplotní světelný zdroj dávají stálé spojité světelné spektrum, proto jsou vhodné do domácnosti.

1 – baňka 2 – wolframové vlákno 3 – přívody 4 – tyčinka 5 – čočka 6 – čerpací trubička 7 – talířek 8 – patice 9 – háčky (podpěrky) 10 – plynná náplň 11 – tmel 12 – pájka 13 – getr 14 – izolace patice

Obrázek 3.1: Konstrukce klasické žárovky [8]

17

Obrázek 3.2: Patice E14, E27, E40 [18]

3.1 PARAMETRY KLASICKÉ ŽÁROVKY

„Energetická účinnost přeměny elektrické energie na světelnou je u vakuových žárovek asi 7 %, u žárovek plněných plynem asi 10 %. Vztáhne-li se však tento parametr na citlivost lidského oka, tj. vypočítá-li se světelná účinnost uvedené přeměny přiváděné energie, dosáhne se hodnoty ještě nižší – u vakuových žárovek 1,5 až 2 % a 3 až 4 % u žárovek plněných plynem. Zbývající energie se spotřebovává neproduktivně a z hlediska vlastního světelného zdroje je nutné ji považovat za ztrátu. Měrný výkon žárovek lze sice zvýšit zvýšením teploty vlákna (teoreticky lze dosáhnout hodnoty až přibližně 50 lm/W, odpovídající teplotě tání wolframu, avšak při nulovém životě), přitom ale zároveň roste i rychlost vypařování wolframu, který se ve zvýšené míře usazuje na vnitřní stěně baňky. Výrazně se tak zkracuje život vlákna a zintenzivňuje černání vnější baňky, a tudíž i rychleji klesá světelný tok. Tento pokles u obyčejných žárovek na konci jejich života dosahuje 20 až 25 %. Mezi napájecím napětím a životem se v běžném rozsahu změn napětí projevuje výrazná exponenciální závislost daná vztahem: T / Tn = (U / Un)–14

(1)

kde T je život při napětí U, Tn život při jmenovitém napětí Un.

18

Tuto vazbu mezi teplotou vlákna (resp. životem žárovky) a napájecím napětím je nutné mít vždy na zřeteli při výběru vhodného typu žárovky podle konkrétního napětí sítě. Například při běžném přepětí +10 % od jmenovité hodnoty se sice zvýší měrný výkon o asi 25 %, ale zkrátí se i život žárovky, a to až o 75 %. V takových případech je účelné použít žárovky na jmenovité napětí např. 240 V, které jsou rovněž běžně dodávány do obchodní sítě. Menší napětí naopak sice život významně prodlužuje, avšak na úkor měrného výkonu, takže provoz v takových podmínkách je ještě méně hospodárný. Určitého zlepšení účinnosti žárovek lze dosáhnout změnou plynné náplně: argon se nahradí kryptonem. Krypton totiž díky nižší tepelné vodivosti poněkud omezuje tepelné ztráty a vlivem větší molekulové hmotnosti snižuje rychlost vypařování wolframu. Při stejném životě lze tedy zvýšit teplotu vlákna, takže světelný tok takové žárovky v porovnání s žárovkou s klasickou argonovou náplní je podle příkonu vyšší o 4 až 9 %. S ohledem na vysokou cenu kryptonu je však použití tohoto plynu omezeno na žárovky s opalizovanou baňkou, jež se vyznačují měkkým difuzním světlem vhodným spíše pro dekorační osvětlení. Tomu odpovídá i typický hříbkovitý tvar baňky a vyšší cena žárovky.“ [10]

Příkon žárovky (W)

15

25

40

60

75

100

150

200

Světelný tok (lm)

90

230

430

730

960

1380

2220

3150

Měrný výkon (lm/W)

6

9,2

10,75

12,2

12,8

13,8

14,8

15,75

Tabulka 3.1: Světelně technické parametry obyčejných žárovek 15 až 200 W s životem 1000 h při jmenovitém napětí 230 V. [10]

19

Přehled základních parametrů obyčejných žárovek pro všeobecné osvětlování napětí (V) Příkon (W)

125

230

240

max. průměr baňky (mm)

max. délka (mm)

světelný tok (lm) 25

260

230

225

60

105 (108)

40

490

430

410

60

105 (108)

60

820

730

700

60

105 (108)

75

1070 960

930

60

105 (108)

100

1560 1380 1330 60

105 (108)

150

2460 2200 2160 65

124

200

3360 3150 2980 80

162

300

x

189

5000 x

90

Pozn. Baňka žárovek čirá nebo matovaná. Patice E27 (do 200 W) Tabulka 3.2: Přehled základních parametrů obyčejných žárovek pro všeobecné osvětlování [11]

3.2 VÝHODY KLASICKÉ ŽÁROVKY 

Jednoduchá konstrukce, jednodušší a levnější výroba



Jas žárovky se dá plynule regulovat, lze ji stmívat



Ekologicky nezávadné



Několikanásobně levnější



Vyzařují spojité spektrum světla



Kombinovaný světelný a tepelný zdroj



Vynikající podaní barev osvětlovaných předmětů



Okamžitý start bez blikání, téměř okamžité ustanovení světelného toku



Možnost konstruovat žárovky pro široký rozsah napájecího napětí



Jednoduchý provoz a jednoduchá výměna



Libovolná poloha svícení



Téměř nulová úroveň ultrafialového záření



Snadná likvidace vyhořelých žárovek (možno vyhazovat do komunálního odpadu) 20

3.3 NEVÝHODY KLASICKÉ ŽÁROVKY



Vysoká spotřeba energie



Celkem krátká životnost (1000 hodin)



Pouze necelých 10 % uvolněné energie je světlo, zbytek je teplo



Za provozu je velmi horká



Při styku hořlavé látky se zahřátou žárovkou hrozí nebezpečí požáru



Nízká mechanická odolnost vůči otřesům a nárazům

3.4 NAHRAZOVÁNÍ KLASICKÝCH ŽÁROVEK

V řadě států byla schválena určitá podoba zákazu prodeje klasických žárovek. Jeho cílem je nahradit žárovky účinnějšími zdroji světla. Brazílie a Venezuela začaly s odstraňováním v roce 2005. Evropská unie, Švýcarsko a Austrálie v roce 2009. V roce 2007 kanadská vláda vyhlásila, že do roku 2012 hodlá zakázat klasické žárovky a tím přispět k obrovskému snížení emisí oxidu uhličitého. Evropský parlament vydal směrnici o ekodesignu pro světelné zdroje pro domácnost (nařízení Komise (ES)č. 244/2009 ze dne 18. března 2009, kterým se provádí směrnice 2005/32/ES Evropského parlamentu a Rady. Klasické žárovky však mohou dále existovat takové, které jsou určené pro divadelní osvětlovací techniku, pro osvětlení terárií, ledniček a pečících trub či jako osvětlení k zrcadlům. Od roku 2009 do roku 2012 byly postupně staženy všechny klasické žárovky z prodeje a jsou nahrazovány efektivnějšími žárovkami. [14]

21

4 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA

Kompaktní zářivka je často nesprávně nazývaná jako úsporná žárovka. Pracuje na stejném principu jako lineární zářivka. Kompaktní zářivky byly navrženy, aby nahradily klasické žárovky. První kompaktní zářivky byly vyrobeny v roce 1980, od té doby jejich výroba roste a rozšiřuje se sortiment, vyrábějí se různé velikosti a tvary. Jejich rozměry a tvary bývají někdy problematické při montování do starších typů svítidel. Dnes už se vyrábí svítidla konstruovaná na kompaktní zářivky. „Fyzikální princip činnosti kompaktní zářivky je obdobný jako u lineárních zářivek, tj. jde o nízkotlakou rtuťovou výbojku, v níž je hlavní část světla vyzařována vrstvou luminoforu buzeného ultrafialovým zářením výboje. Konstrukční odlišnosti lze vysvětlit na příkladu čtyřnásobné zářivky (obr. 7), která patří k nejrozšířenějším typům této skupiny.“ [16]

Obrázek 4.1: Konstrukce kompaktní zářivky se zabudovaným doutnavkovým startérem a paticí G24-d. [16]

22

Vlastní výbojová trubice je zhotovena z měkkého olovnatého skla. Je na obou koncích opatřená wolframovými elektrodami, které jsou pokryty emisní hmotou. Dnes už se vyrábí i trubice ze speciálních skel, které již neobsahují ekologicky nežádoucí olovo. Na vnitřní stěně trubice je nanesena vrstva tvořená směsí dvou (zeleného a červeného) nebo tří (zeleného, červeného a modrého) tzv. úzkopásmových luminoforů na bázi prvků vzácných zemin, jejichž výrazné maximum záření je v zelené, červené, popřípadě modré oblasti viditelného spektra. Ve směsi par rtuti a vzácného plynu svítí výboj. Rtuť je do zářivky dodávána v čisté formě nebo ve formě amalgámu vhodného kovu. Tím je zajištěn širší teplotní interval, v němž světelný tok dosahuje požadované teploty. Aby byla co nejvíce zkrácena doba dosažení jmenovitých hodnot, je u těchto zářivek použit ještě přídavný amalgám (např. kadmia), který přebírá funkci zdroje rtuti ihned po zapnutí do doby, než se rtuť uvolní ze základního amalgámu. Konce výbojové trubice jsou opatřeny příslušnou paticí. [16]

Obrázek 4.2: patice 2G8, GX24d, G24d, G24q, GX24q, 2G7, 2G11, 2G10

23

Kompaktní zářivky lze rozdělit do dvou skupin z hlediska obvodu: 

Kompaktní zářivka s vnějším předřadníkem



Kompaktní zářivka s elektronickým integrovaným předřadníkem

4.1 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA S VNĚJŠÍM PŘEDŘADNÍKEM

„Zářivky s vnějším předřadníkem tj. s tlumivkou nebo elektronickým předřadníkem pracujícím na vysoké frekvenci (30 až 40 kHz). Kompaktní zářivky určené pro provoz s tlumivkou jsou opatřeny dvoukolíkovou paticí (G23, G24d-1, 2, 3, GX24d1, 2, 3), v níž je obvykle zabudován doutnavkový startér, jehož funkce je obdobná jako u startéru lineárních zářivek. Schéma zapojení pro jednu zářivku je uvedeno na obr. 2. Vyskytují se rovněž obvody, v nichž jsou dvě zářivky s příkonem 5, 7 nebo 9 W zapojeny do série s jednou tlumivkou. Jde o tzv. tandemové zapojení, které však vykazuje menší spolehlivost. Zářivky určené pro provoz s vnějším elektronickým předřadníkem mají čtyřkolíkovou patici (např. 2G7, 2G11, G24q-1, 2, 3, GX24q-1, 2, 3, 4, 5, 6 apod.). Předřadník pracuje na vysoké frekvenci a zajišťuje tak zlepšené parametry osvětlení pracovní plochy a zvyšuje zrakovou pohodu. Všechny tyto zářivky vyžadují i odpovídající konstrukci svítidla, odlišnou od svítidel určených pro obyčejné žárovky. Při ukončení života zářivky postačí vyměnit pouze zářivku, což kompenzuje vyšší pořizovací cenu svítidla.“ [16]

Obrázek 4.3: Schéma zapojení kompaktní zářivky se zabudovaným doutnavkovým startérem [16] 24

4.2 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA S ELEKTRONICKÝM INTEGROVANÝM PŘEDŘADNÍKEM

Zářivky s elektronickým integrovaným předřadníkem jsou určeny do žárovkových svítidel jako přímá a energeticky úspornější náhrada žárovky. Jsou opatřeny paticí E14, E27, popř. B22, nejnovější je řešení s paticí G28d. Předřadný obvod je umístěn v plastovém krytu, nedílné součásti zdroje. Významný pokrok v oblasti miniaturizace a spolehlivosti součástkové základny při současném snížení její ceny poskytl možnost vytvořit předřadníky s velmi kompaktními rozměry. Ty, ve spojení s vhodně tvarovanou trubicí, popř. s využitím nové patice a objímky již vzpomínaného typu G28d (obr. 8), umožňují splnit důležitý požadavek: dodržet obrysové parametry příslušného typu žárovky. Konfigurace svíticí části zářivky je totiž důležitá z následujícího důvodu. Při výměně žárovky za zářivku v některých typech svítidel, jejichž světelně činná část byla konstruována pro žárovku, dochází na pracovní ploše k nežádoucímu snížení hladiny osvětlení, vyplývající ze změny rozložení svítivosti svítidla v souvislosti s nevhodným typem zvolené kompaktní zářivky. Instalování kompaktní zářivky staršího typu, obvykle s větší celkovou délkou, v takových případech nepřináší žádoucí efekt snížení spotřeby energie. Nejnovější typy těchto kompaktních zářivek, zejména renomovaných výrobců, však již lze provozovat v žárovkových svítidlech bez podstatného ovlivnění podmínek osvětlenosti na pracovní ploše při výrazné úspoře elektrické energie. Dosažené úspory, při podstatně delším životě zářivky, plně kompenzují zvýšené náklady na její pořízení již při první výměně žárovky. Nicméně v této souvislosti je nutné věnovat pozornost i té skutečnosti, že na trhu se objevuje velké množství různých typů zářivek od neznámých výrobců, které sice mají atraktivní ceny, ale i jim odpovídající nízkou kvalitu. K dosažení vysoké účinnosti a dostatečného života je totiž nezbytné mít k dispozici kvalitní technologii, používat špičkové luminofory, vhodnou sklovinu, přesnou geometrii trubice a kvalitní emisní hmoty. Komplikovanější technologie s využitím vhodných amalgámů eliminuje negativní vliv teploty okolí na světelně technické parametry. 25

Velmi důležitá je i konstrukce elektronického předřadníku, a to jak z hlediska použité součástkové základny, tak především z hlediska zajištění příznivých podmínek při zápalu zářivky. U jednoduchých, a tedy i levných obvodů (a to i při použití kvalitních součástek) zpravidla dochází ke studenému zápalu s negativním vlivem na život zářivky, zejména při častějším zapínání. Správně nastavený startovací režim má příznivý vliv na život zářivky a ani častější zapínání její život znatelně neovlivňuje. Proto při nákupu kompaktní zářivky pouze podle zdánlivě přitažlivé ceny a bez respektování dalších důležitých okolností je možné zažít nepříjemné zklamání.“ [16]

Tabulka 4.1: Elektrické a světelně technické parametry základních druhů kompaktních zářivek [16]

26

4.3 VÝHODY KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK



Úspora energie, až 80 %



Delší životnost, až 20 000 hodin



Vysoká světelná účinnost



Vetší interval provozních teplot (-10 až +70 °C)



Odpovídají mezinárodním bezpečnostním standardům



Různé tvary a velikosti



Za provozu je chladná



Je možné vybírat z různých barev světla

4.4 NEVÝHODY KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK 

Doba rozsvícení na plný výkon, může trvat až 2 minuty



Vyšší pořizovací náklady



Obsahuje rtuť, musí se recyklovat



Vyšší cena



Nízká mechanická odolnost vůči otřesům a nárazům



Omezená horní hranice příkonu



Časem dochází k úbytku svítivosti



Jen některé typy jdou stmívat

27

4.5 NEJČASTĚJŠÍ OMYLY U KOMPAKTNÍCH ZÁŘIVEK 

Dopad na zdraví Potenciální účinky mohou být zapříčiněny ultrafialovým zářením. Při normálním používání však nemají vliv na zdraví člověka. Potenciální podráždění nadměrně citlivých osob bylo zaznamenáno pouze v případě dlouhodobého vystavení působení zdroje na krátkou vzdálenost (20 - 30 cm).



Dopady na životní prostředí Kvůli obsahu rtuti se musí likvidovat stejně jako elektrický odpad, nesmí se vyhazovat s normálním domácím odpadem.



Životnost světelného zdroje Pro současné kvalitní kompaktní zářivky platí, že časté zapínání a vypínání nemá vliv na jejich životnost. Na základě nejnovějších testů lze zářivky zapínat a vypínat několikrát denně až 20 let.



Kvalita světla I přes obecně rozšířené mínění, že jsou kompaktní zářivky „studené“, lze běžně koupit i „teplé“ kompaktní zářivky s barvou světla podobnou klasické žárovce.



Kompaktní zářivky nelze stmívat Obyčejné kompaktní zářivky nelze stmívat, dnes už se ale vyrábějí i stmívatelné typy.



Žárovka jako zdroj tepla Světelné zdroje by měly sloužit jen ke svému účelu, tedy ke svícení. Žárovka jako druh vytápění bytových prostorů není vhodná. [17]

28

5 HALOGENOVÉ ŽÁROVKY

Halogenové žárovky představují novou generaci teplotních světelných zdrojů. Žárovky jsou plněné plynem s příměsí halogenů nebo jejich sloučenin. Teprve v roce 1959 se objevily první informace o žárovkách, do jejichž plynné náplně se přidával jod, přičemž cílem bylo potlačit usazování wolframu na baňce a zvýšit stabilitu světelného toku během svícení, a prodloužit tak jejich užitečný život. Uplatnění halogenů ve světelných zdrojích a dosažení očekávaných příznivých výsledků si vyžádalo velkého úsilí výzkumných pracovníků a vyvolalo podstatné změny v konstrukci žárovek. Bylo nezbytné vyloučit všechny konstrukční materiály, které by mohly reagovat s halogeny. Bylo zapotřebí přejít na teplotně i mechanicky odolnější materiály používané na výrobu baňky, aby bylo možné zajistit její minimální pracovní teplotu 250 °C. Namísto měkké skloviny běžné u obyčejných žárovek se začalo používat křemenné nebo tvrdé sklo s podstatně vyšší mechanickou pevností a teplotní odolností. Díky tomu se výrazně zmenšily rozměry žárovky. Použití skla se zvýšenou mechanickou pevností umožnilo zvýšit pracovní tlak plynné náplně, což má velmi příznivý vliv na snížení rychlosti vypařování wolframového vlákna. [19] Významným nepříjemným projevem použití křemenného skla místo normálního je, že tato žárovka se stává zdrojem ultrafialového záření, protože křemenné sklo je pro toto záření, na rozdíl od obyčejného skla, propustné. Při nadměrném vystavení se světlu halogenové žárovky by teoreticky bylo možné se i opálit, problém většinou zaznamenávají lidé s citlivým zrakem. Proto se nekryté halogenové žárovky pro všeobecné osvětlování povinně vyrábějí z křemenného skla s přísadou oxidu ceričitého nebo titaničitého, které škodlivé UV záření zcela blokují. Křemenné sklo může být poškozeno následkem styku s nechráněnou pokožkou. Soli, obsažené v potu, se za provozu žárovky vleptávají do povrchu skla, způsobují změnu struktury, jeho rekrystalizaci, přehřátí a nakonec prasknutí. Pokud dojde k dotyku skleněné baňky, má být očištěna technickým lihem. [20] 29

Konstrukce halogenových žárovek je na obrázku 5.1. Jak už bylo zmíněno, baňka žárovky je vyrobena z křemenného nebo tvrdého skla. Vlákno je jednoduše nebo dvojitě svinuté do šroubovice z wolframového drátu se speciálními vlastnosti, jež jsou nezbytné pro použití v halogenových žárovkách. U lineárních žárovek je vlákno fixováno v ose trubice wolframovými podpěrkami. Vakuový zátav je buď drátový (u tvrdého skla), nebo s použitím molybdenové folie (u křemenného skla). Použití tenké fólie se specifickým průřezem je nezbytné z důvodu rozdílného činitele teplotní roztažnosti křemene a molybdenu. Plynnou náplň tvoří inertní plyn, obvykle krypton a xenon nebo jejich směs, u žárovek na větší napětí než 12 V se používá ještě dusík a sloučenina obsahující halogen. Díky používané technice plnění vzácného plynu do žárovky (pomocí tekutého dusíku) dosahuje jeho pracovní tlak ve vypnutém stavu hodnoty několika barů, která se během svícení ještě příslušně zvyšuje. To snižuje rychlost vypařování wolframu z vlákna, což velmi příznivě ovlivňuje život žárovek. Naproti tomu však může v ojedinělých případech žárovka explodovat, a mohou být tudíž ohroženy osoby v bezprostředním okolí. Proto je nutné takové žárovky provozovat ve svítidlech s přídavným ochranným krytem. Mnoho typů halogenových žárovek, zejména od vyspělých výrobců, však lze provozovat i v otevřených svítidlech, což je zpravidla uvedeno v katalogu nebo v průvodní dokumentaci k žárovce. Jestliže v obyčejných žárovkách bylo dominujícím procesem vypařování wolframového vlákna a usazování atomů wolframu na stěnách baňky, v halogenových žárovkách se k tomuto procesu přidává působení termochemické transportní reakce wolframu s halogenem. Velmi zjednodušený model reakce je na obrázku 5.2. [8, 19]

30

Obrázek 5.1: Konstrukce halogenové žárovky [19] a) dvoustisková žárovka, b) jednostisková žárovka 1 – baňka, 2 – wolframové vlákno, 3 – molybdenová folie, 4 – molybdenový přívod, 5 – podpěrka, 6 – konečky vlákna, 7 – plynná náplň, 8 – odpalek čerpací trubičky, 9 – kolík, 10 – stisk, 11 – keramická patice

Obrázek 5.2: Zjednodušené schéma halogenového cyklu (schématický řez lineární

halogenovou žárovkou) [19]

31

5.1 VÝHODY HALOGENOVÝCH ŽÁROVEK 

Okamžitě naběhne na plný výkon



Má stejně jako klasická žárovka maximální barevné podání



Je zhruba o 30 % úspornější než klasická žárovka



Při stejném příkonu poskytuje více světla než klasická žárovka



Lze je stmívat



Neobsahuje rtuť, takže se nemusí likvidovat jako zvláštní odpad



Dvakrát delší životnost oproti klasické žárovce



Úbytek světla během života nepřesahuje 5 %



Halogenové žárovky mají kompaktní rozměry, které umožňují konstruovat menší a materiálově úspornější svítidla s vyšší účinností (např. světlomety v automobilech)

5.2 NEVÝHODY HALOGENOVÝCH ŽÁROVEK 

Vyšší cena než u klasické žárovky



Nižší účinnost než kompaktní zářivky



Vysoká povrchová teplota



Krátká životnost (2000 - 3000 hodin)



Svítí pouze v teplé bílé barvě



Použitím křemenného skla se tato žárovka stává zdrojem ultrafialového záření



U žárovek na malé napětí je nutné používat konvenční nebo elektronický transformátor

32

6 SVĚTELNÉ ZDROJE LED

Oficiální český název je elektroluminiscenční dioda. Dále se možno setkat s pojmenováními jako světelná dioda, svítivá dioda, ojediněle svítivka. Slangově se nazývá ledka. První LED (červené barvy) objevil na illinoiské univerzitě Nick Holonyak Jr. v roce 1962. V roce 1971 se podařila vyvinout žlutá, zelená a oranžová LED. Až v roce 1993 byla objevena modrá LED a bílá ještě o dva roky později. [24] Elektroluminiscenční dioda neboli světelná dioda, zkratka LED (z anglického Light Emitting Diode), je polovodičová součástka obsahující přechod PN, který emituje optické záření, je-li buzen průchodem elektrického proudu. Konstrukce světelné diody je naznačena na obr. 6.1. Pro vytvoření polovodičových přechodů PN se používají zejména polovodiče typu A IIIBV vysoké čistoty, legované malým množstvím vhodných příměsí, které vytvářejí buď přebytek elektronů (materiál typu N), nebo jejich nedostatek, a tedy přebytek děr (materiály typu P). V místě, kde se stýkají polovodiče obou typů, vzniká tzv. přechod PN. Přiložením stejnosměrného napětí správné polarity na tento přechod dojde ke vzájemnému přibližování elektronů a děr k místu kontaktu a k jejich rekombinaci. Při rekombinaci každého páru elektron-díra se uvolní určité kvantum energie, které se může vyzářit mimo krystal. Elektrická energie se tak mění přímo na světlo určité barvy. U diod LED jde o nekoherentní světlo, na rozdíl od laserových diod, kde nastává stimulovaná emise optického záření, využívaná k zesilování světla. [8, 22]

33

Obrázek 6.1: Konstrukce LED [24]

Pásmo spektra záření diody je závislé na chemickém složení použitého polovodiče. LED jsou vyráběny s pásmy vyzařování od ultrafialových přes různé barvy viditelného spektra až po infračervené pásmo. Poměrně dlouho trval vývoj modré LED, která umožnila vznik moderních velkoplošných barevných obrazovek, a v té souvislosti i bílé vysoce svítivé LED, které se používají hlavně jako zdroje světla v různých svítilnách a světlometech a dále k podsvícení displejů z tekutých krystalů. Z principu funkce LED vyplývá, že nelze přímo emitovat bílé světlo – starší bíle zářící diody většinou obsahují trojici čipů vybíraných tak, aby bylo aditivním míšením v rozptylném materiálu vrchlíku obalu diody dosaženo vjemu bílého světla. Protože není možné přímo emitovat bílé světlo, pravé bílé LED využívají luminoforu. Některé průhledné LED emitují modré světlo, část tohoto světla je přímo na čipu luminoforem transformována na žluté světlo a díky mísení těchto barev vzniká bílá. Jiné typy bílých LED emitují ultrafialové záření, to je přímo na čipu luminoforem transformováno na bílé světlo. [21]

34

Obrázek 6.2: Zvyšování měrného výkonu barevných LED v průběhu několika posledních desetiletí [22]

Moderní polovodičové materiály používané v současné době hlavními výrobci se skládají z velmi složitých kombinací epitaxně vypěstovaných vrstev. Nové materiály na bázi fosfidů india, galia a hliníku (InP, GaP, AlP), dokonalejší a velmi náročné technologické postupy zajišťující vysokou čistotu výsledného produktu zvýšily účinnost LED a zlepšily jejich odolnost proti působení vyšší teploty a vlhkosti. Dále umožnily zvýšit flexibilitu výrobního procesu, takže žluté, červené a oranžové LED lze vyrábět stejnou technologií a výslednou barvu řídit pouze úpravou velikosti zakázaného pásu. [22]

35

6.1 VÝHODY SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED



Mají extrémně dlouhý život (60 – 100 tisíc hodin)



Interval teploty okolního prostředí je široký (-30 až +60 °C)



Nízké povrchové teploty



Jsou mechanicky odolné, snášejí otřesy, nárazy a vibrace



Neobsahují rtuť



Značná část používaných materiálů se dá recyklovat



Lze získat velký počet barev, může zářit i ultrafialové nebo infračervené světlo



Lze je napájet solárními články



Dají se stmívat



Mají minimální dobu náběhu



Možnost častého zapínání a vypínání bez vlivu na životnost



Nízká spotřeba energie, ve srovnání s klasickou žárovkou ušetří až 80 %



Různé tvary a velikosti

6.2 NEVÝHODY SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED



Ze všech světelných zdrojů jsou nejdražší



Při výrobě se používají polovodičové materiály, jejichž získávání má negativní vliv na životní prostředí

6.3 HLAVNÍ OBLASTI POUŽITÍ SVĚTELNÝCH ZDROJŮ LED



Signalizace

-

Nahrazují trpasličí žárovky ve vypínačích a kontrolních svítilnách indikujících stav elektrického zařízení. Rozměrově a konstrukčně se přizpůsobují trpasličím žárovkám.

-

Jsou vhodné pro dopravní značky v silniční, železniční a říční dopravě, semafory. 36

-

Používají se pro palubní desky automobilů i další komponenty osvětlení automobilů, včetně vnějšího osvětlení (v současných moderních automobilech jsou použity již desítky až stovky světelných diod).

-

Obsahují je ukazatele v interiérech i exteriérech, prvky k vyznačení únikových cest v budovách.



Venkovní osvětlení

-

Jsou vhodné pro zřetelné vyznačení okraje vozovky, barevné označení různých jízdních pruhů, barevné vyznačení cyklistických stezek a chodníků, pro dynamické řízení a operativní změny jízdních pruhů podle intenzity provozu na silnici s využitím svítidel zapuštěných do povrchu silnice.

-

Jsou součástí osvětlovacích soustav v tunelech.

-

Osvětlení budov i jiných objektů.

-

Veřejné budovy, restaurace, prodejní místa.

-

Osvětlení exponátů v muzeích, na výstavách a v galeriích, zvýraznění určitých objektů.



Zobrazovací technika a reklamní osvětlení

-

Soustavy dynamického řízení počítačem s možností široké změny barev a jasu, vytváření běžících řádků a vln, plnohodnotná náhrada svíticích trubic.

-

Velkoplošné obrazovky se speciálním uspořádáním velkého počtu modrých, zelených a červených LED, s kvalitním, vysoce kontrastním a ostrým obrazem i za denního světla a slunečného počasí s krátkou minimální pozorovací vzdáleností.



Zdravotnictví

-

Terapie kožních a vnitřních nemocí.

-

Dezinfekce vzduchu pomocí UV záření.

-

Vytvrzování hmot používaných v zubařské technice.

37



Další příklady

-

Čtení čárových kódů.

-

Optické myši u počítačů.

-

Prosvětlování klávesnic a displejů, např. v mobilních telefonech.

-

Kontrola bankovek UV zářením.

-

Kapesní a akumulátorové svítilny.

-

Přístroje nočního vidění s diodami zářícími v infračervené oblasti spektra.

-

Světelný zdroj ve vláknové optice.

38

7 FOTOMETRIE

„Elektromagnetické záření může vystupovat ze zdroje všemi směry. Výkon přenášený zářením se nazývá tok záření Φe. Naše smysly nestačí vnímat celý tok záření, mohou postřehnout jen tu část toku, na kterou je oko citlivé. Viditelnou část toku záření nazýváme světelným tokem Φ. Poměr světelného toku k toku záření Φe, procházejícím stejnou plochou, je světelná účinnost záření (2) přičemž K má nenulové hodnoty pro viditelný rozsah záření. Světelnou účinnost záření lze definovat i pro jednotlivé vlnové délky. Svítivost zdroje I ve zvoleném směru je definována jako elementární světelný tok dΦ, vysílaný do elementárního prostorového úhlu dω, dělený velikostí tohoto prostorového úhlu (3) Světelný tok při dopadu na těleso způsobuje osvětlení E, které definujeme jako poměr světelného toku dΦ a osvětlené plochy dS (4) Mezi osvětlením E a svítivostí I bodového zdroje platí podle Lamberta vztah (5) kde r je vzdálenost zdroje od plochy a α úhel mezi normálou plochy a směrem dopadajícího světla, viz obrázek 7.1“ [25]

39

Obrázek 7.1: Znázornění fotometrických veličin na jednotkové kouli

7.1 JEDNOTKY VE FOTOMETRII

„Jednotkou svítivosti je kandela [cd], jednotkou světelného toku je lumen [lm], jednotkou prostorového úhlu je steradián [sr] a jednotkou osvětlení je lux [lx].“ [25] Kandela: „Základní jednotka soustavy SI, hlavní jednotka svítivosti. 1 kandela je svítivost 1/600000 m2 povrchu absolutně černého tělesa ve směru kolmém k tomuto povrchu při teplotě tuhnutí platiny (1768 °C) a při normálním tlaku (101 325 Pa). Název jednotky má původ v latině, kde candela znamená svíčka.“ [26] Lumen: „Hlavní jednotka světelného toku v soustavě SI. Bodový zdroj světla vysílá do prostorového úhlu 1 steradiánu světlený tok 1 lumenu, je-li svítivost tohoto zdroje (ve všech směrech) rovna 1 kandele. Fyzikální rozměr je [lm] = cd * sr. Slovo lumen je latinského původu a znamená světlo.“ [26]

40

Steradián: „Doplňková jednotka soustavy SI; hlavní jednotka prostorového úhlu. 1 steradián je prostorový úhel s vrcholem ve středu koule, který vytíná na povrchu této koule plochu s obsahem rovným druhé mocnině poloměru koule. Prostorový úhel nemá u nás jiné jednotky; z mezinárodního hlediska se užívají též prostorové minuty, stupně a vteřiny.“ [26] Lux: „Hlavní jednotka osvětlení v soustavě SI. 1 lux je osvětlení plochy, na jejíž každý čtvereční metr dopadá rovnoměrně rozložený světelný tok 1 lumenu. Fyzikální rozměr je [lx] = m-2 * cd * sr. Slovo lux znamená v latině světlo, záře.“ [26]

7.2 MĚŘENÍ SVÍTIVOSTI POMOCÍ LUXMETRU

„Luxmetr je vlastně fotočlánek (polovodič, který při osvětlení uvolňuje elektrony) spojený s citlivým galvanometrem, jehož stupnice je ocejchovaná v jednotkách osvětlení (v luxech). Jestliže známe vzdálenost r mezi zdrojem světla a luxmetrem, pak při kolmém dopadu světla na luxmetr pro svítivost I platí (6) kde E je osvětlení, které měříme v luxech a odečítáme na luxmetru. Jestliže vzdálenost r měříme v metrech, pak svítivost dostaneme v kandelách (1cd = 1 lx * m2).“ [25]

41

7.3 MĚŘENÍ SVĚTELNÉHO TOKU

„Svítivost je směrově závislá veličina. Vyneseme-li velikosti směrové svítivosti pro jednotlivé úhly z jednoho středu do grafu (= diagram v polárních souřadnicích) a konce spojíme, získáme směrový fotometrický vyzařovací diagram světelného zdroje. Obecně je tento diagram trojrozměrný. U zdrojů, které mají alespoň přibližně tvar rotačního tělesa podle jedné osy (např. žárovka), získáme dostatečný přehled o rozdělení svítivosti již při konstrukci jednoho řezu fotometrickým tělesem v rovině vedené osou rotační symetrie. Pro žárovku má vyjadřovací diagram tvar symetrické srdcovky (obrázek 7.2).“ [25] „Z plochy ohraničené fotometrickou křivkou je možno vypočítat sférickou svítivost I zdroje podle vztahu √

(7)

kde p je plocha ohraničená fotometrickou křivkou vyjádřená v jednotkách cd2, kterou určíme planimetrem nebo součtem čtverečků milimetrového papíru uvnitř plochy.

Obrázek 7.2: Vyzařovací diagram tvaru symetrické srdcovky 42

Pokud známe průměrnou sférickou svítivost, můžeme vypočítat světelný tok Φ vysílaný zdrojem ∫

(8)

a určit světelnou účinnost zdroje (9) kde Φp je rovno příkonu žárovky ve wattech. “ [25]

43

8 VLASTNÍ MĚŘENÍ

Vlastní měření světelné účinnosti různých světelných zdrojů probíhalo v laboratoři Pedagogické fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Měření bylo prováděno v zatemněné černé komoře, aby bylo co nejvíce zabráněno přístupu denního světla a tím ovlivnění měření. Při měření byl použit luxmetr, optická lavice, držák s otočnou žárovkou a úhloměrnou stupnicí. Bylo měřeno 15 žárovek (7 klasických, 5 ledkových a 3 kompaktní zářivky). Každá žárovka byla změřena třikrát, tak, aby její poloha vůči luxmetru byla různá. Osvětlení bylo měřeno od 0° do 345° vždy po 15°. Pro každou žárovku byl vytvořen fotometrický vyzařovací diagram, na kterém je vidět intenzita osvětlení v 360°, a byla vypočítána svítivost, světelný tok a světelná účinnost. Pomocí Vernieru byl změřen náběh kompaktních zářivek a některých klasických žárovek.

8.1 POMŮCKY

Optická lavice (obrázek 8.1.1), držák s otočnou žárovkou a úhloměrnou stupnicí (obrázek 8.1.2), luxmetr LX-101, Vernier Logger Lite 1.7, čidlo intenzity světla

Obrázek 8.1.1: Optická lavice 44

Obrázek 8.1.2: Držák s otočnou žárovkou a úhloměrnou stupnicí Žárovky - LED žárovka BL1 9 W studená bílá E27 SMD5630 - LED žárovka 7 W E27 neutrální bílá - LED žárovka 3 W E14 teplá bílá vlákno - LED žárovka ENF010 - C35J - 3 W - LED žárovka 4x1 W E27 teplá bílá - Klasická žárovka Osram 75 W - Klasická žárovka NBB Bohemia 75 W - Klasická žárovka Novalina 100 W mléčná - Klasická žárovka NBB Bohemia 40 W - Klasická žárovka Radium 60 W 45

- Klasická žárovka Tesla 200 W - Klasická žárovka Tes - lamps 60 W - Kompaktní zářivka Konnoc 11 W - Kompaktní zářivka Eco lite 46 W - Kompaktní zářivka Hallux 8 W

8.2 POSTUP MĚŘENÍ

Každý světlený zdroj změříme třikrát od 0° do 345°. Vždy po jednom měření světelný zdroj pootočíme, aby jeho poloha vůči luxmetru byla jiná. Luxmetr dáme do stojanu do vzdálenosti 1 m od žárovky, u slabých žárovek 0,5 m. Čidlo luxmetru dáme do výšky vlákna klasických a LED žárovek, u kompaktních zářivek ho dáme přibližně do středu trubice. Potom u kompaktních zářivek a některých klasických žárovek změříme pomocí Vernieru jejich náběh. Hodnoty zpracujeme do tabulek, vyhotovíme směrový fotometrický vyzařovací diagram a vypočteme svítivost, světelný tok a světelnou účinnost. V laboratoři byly použity tyto přístroje: Luxmetr LX - 101 Vernier Logger Lite 1.7, čidlo intenzity světla

46

8.2.1 LUXMETR LX-101

Obrázek 8.1: Luxmetr LX-101 [27] „Měření osvětlení; 0 - 50 000 lux, 0,4 s odezva čidla, rozlišení 1 lux až 100 lux (podle zvoleného rozsahu, k dispozici 3 rozsahy - podrobněji viz technický list), umožňuje nastavit 4 druhy světla, možnost relativního měření, funkce paměti MIN, MAX a REL hodnot, nízká spotřeba.“ [27]

8.2.2 VERNIER

Obrázek 8.2: Čidlo intenzity světla k Vernierovi [28]

47

„Čidlo reagující na intenzitu světla obdobně jako lidské oko (co se týče citlivosti na jednotlivé části spektra). Tři měřicí rozsahy umožňují zkoumat osvětlení v širokém rozmezí světelných podmínek. Senzor využívá křemíkovou fotodiodu, která vytváří napětí úměrné intenzitě dopadajícího světla.“ [28] „Nastavení při práci s počítačem: 1. Na počítači spusťte program Logger Lite nebo Logger Pro. 2. K počítači připojte rozhraní prostřednictvím USB kabelu. 3. K rozhraní připojte senzor - dojde k automatické detekci senzoru a přednastavení obvyklých parametrů měření. 4. Nastavení měření (vyhovují-li Vám přednastavené hodnoty, lze tento bod přeskočit), nejčastější použití: a. V menu programu Logger Lite či Logger Pro zvolte Experiment → Sběr dat (lze také použít klávesovou zkratku Ctrl-D) b.

Nastavte

mód

měření

(u

většiny

experimentů

vyhovuje

přednastavený mód Časová závislost), dále zvolte požadovanou dobu měření (Trvání) a jak často má být hodnota změřena a zaznamenána (Vzorkovací frekvence). c. Chcete-li, aby měření pokračovalo i po uplynutí nastavené doby měření, zaškrtněte Nepřerušený sběr dat - měření pak bude probíhat, dokud jej manuálně neukončíte. Nastavená doba měření v tomto případě ovlivní pouze přednastavení časové osy v zobrazovaném grafu. d. Potvrďte tlačítkem. Hotovo. 5. Měření lze spustit a následně zastavit na klávesnici klávesou mezerník, případně myší kliknutím na zelené (resp. pro zastavení červené) tlačítko v horním menu.“ [28]

48

9 DISKUZE NAMĚŘENÝCH HODNOT

9.1 LED ŽÁROVKA BL1 9 W STUDENÁ BÍLÁ E27 SMD5630

Obrázek 9.1.1: LED žárovka BL1 9 W α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] 0° 1 147 145 143 145,00 15° 1 140 137 135 137,33 30° 1 128 124 122 124,67 45° 1 108 106 103 105,67 60° 1 86 83 82 83,67 75° 1 63 62 61 62,00 90° 1 42 42 41 41,67 105° 1 26 25 27 26,00 120° 1 15 15 14 14,67 135° 1 8 8 7 7,67 150° 1 4 3 3 3,33 165° 1 2 2 2 2,00 180° 1 2 2 2 2,00 195° 1 3 3 3 3,00 210° 1 7 7 7 7,00 225° 1 15 13 13 13,67 240° 1 24 23 23 23,33 255° 1 37 36 35 36,00 270° 1 56 54 54 54,67 285° 1 77 77 75 76,33 300° 1 103 99 97 99,67 315° 1 122 121 118 120,33 330° 1 137 134 133 134,67 345° 1 146 143 140 143,00 Tabulka 9.1.1: Naměřené hodnoty LED žárovky BL1 9 W

49

I [Cd] 145,00 137,33 124,67 105,67 83,67 62,00 41,67 26,00 14,67 7,67 3,33 2,00 2,00 3,00 7,00 13,67 23,33 36,00 54,67 76,33 99,67 120,33 134,67 143,00

Tato LED žárovka je od výrobce ledstarcz.cz. Je to LED úsporná žárovka se závitem E27, která nahrazuje cca 80 W klasickou žárovku. Barva světla je studeně bílá (5400 – 6000 K). Výrobce udává světelný tok 855 lm (95 lm/W). Tato žárovka odpovídá rozměrům klasické žárovky, 62/118 mm (průměr/výška). Životnost je až 50 000 hodin. Čas naběhnutí žárovky na plný výkon je okamžitý. Žárovka je vhodná do podhledů, lustrů, kuchyní a do dalších míst. Její cena je 299 Kč s DPH. Žárovku jsem třikrát proměřila, naměřené hodnoty zpracovala a vypočítala. Na grafu 9.1 můžeme vidět vyzařovací diagram této žárovky. Po naměření a vypočtení vyšly zajímavé výsledky, světelný tok vyšel větší, než udává výrobce, a světelná účinnost vyšla přes 100 na 1 W. Svítivost: I = 78,62 Cd Světelný tok: Φ = 988,01 lm Světelná účinnost: K = 109,78 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.1.1: Vyzařovací diagram LED žárovky BL1 9 W

50

9.2 LED ŽÁROVKA 7 W E27 NEUTRÁLNÍ BÍLÁ

Obrázek 9.2.1: LED žárovka 7 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] 0° 1 47 47 47 47,00 15° 1 60 60 59 59,67 30° 1 73 72 71 72,00 45° 1 81 80 79 80,00 60° 1 85 83 81 83,00 75° 1 81 79 78 79,33 90° 1 74 71 70 71,67 105° 1 63 61 61 61,67 120° 1 47 46 46 46,33 135° 1 25 25 23 24,33 150° 1 7 5 5 5,67 165° 1 3 3 3 3,00 180° 1 3 4 3 3,33 195° 1 6 6 6 6,00 210° 1 20 20 20 20,00 225° 1 40 38 37 38,33 240° 1 61 61 59 60,33 255° 1 73 71 70 71,33 270° 1 81 79 78 79,33 285° 1 85 84 82 83,67 300° 1 85 84 82 83,67 315° 1 77 78 75 76,67 330° 1 68 67 65 66,67 345° 1 54 53 53 53,33 Tabulka 9.2.1: Naměřené hodnoty LED žárovky 7 W

51

I [Cd] 47,00 59,67 72,00 80,00 83,00 79,33 71,67 61,67 46,33 24,33 5,67 3,00 3,33 6,00 20,00 38,33 60,33 71,33 79,33 83,67 83,67 76,67 66,67 53,33

Tato žárovka je též od výrobce ledstarcz.cz. Je to úsporná žárovka se závitem E27, vyrobena novou technologií. Nahrazuje cca 80 W klasickou žárovku. Barva světla je neutrální bílá (5000 K). Výrobce udává světelný tok 850 lm (125 lm/W). Stejně jako předchozí LED žárovka má stejné rozměry jako klasická žárovka, 62/118 mm (průměr/výška). Životnost je také 50 000 hodin. Náběh na plný výkon je také okamžitý. Žárovka je rovněž vhodná do podhledů, lustrů, kuchyní a dalších míst. Cena této žárovky je 465 Kč s DPH. Žárovku jsem proměřila stejně jako předchozí, na grafu 9.2 můžeme vidět vyzařovací diagram této 7 W LED žárovky. U této žárovky vyšla také vysoká světelná účinnost, i když menší, než udává výrobce. Svítivost: I = 58,77 Cd Světelný tok: Φ = 738,58 lm Světelná účinnost: K = 105,51 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.2.1: Vyzařovací diagram LED žárovky 7 W.

52

9.3 LED ŽÁROVKA 3W E14 TEPLÁ BÍLÁ, VLÁKNO

Obrázek 9.3.1: LED žárovka 3 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] 0° 0,5 18 18 17 17,67 15° 0,5 31 30 31 30,67 30° 0,5 43 43 43 43,00 45° 0,5 62 59 61 60,67 60° 0,5 78 76 77 77,00 75° 0,5 93 88 90 90,33 90° 0,5 93 89 89 90,33 105° 0,5 89 93 91 91,00 120° 0,5 79 84 80 81,00 135° 0,5 57 64 60 60,33 150° 0,5 22 28 26 25,33 165° 0,5 2 1 2 1,67 180° 0,5 2 2 2 2,00 195° 0,5 2 3 3 2,67 210° 0,5 31 23 25 26,33 225° 0,5 76 76 78 76,67 240° 0,5 98 101 100 99,67 255° 0,5 105 110 106 107,00 270° 0,5 106 112 110 109,33 285° 0,5 104 110 108 107,33 300° 0,5 87 95 91 91,00 315° 0,5 72 76 75 74,33 330° 0,5 51 55 55 53,67 345° 0,5 35 35 36 35,33 Tabulka 9.3.1: Naměřené hodnoty LED žárovky 3 W

53

I [Cd] 4,42 7,67 10,75 15,17 19,25 22,58 22,58 22,75 20,25 15,08 6,33 0,42 0,50 0,67 6,58 19,17 24,92 26,75 27,33 26,83 22,75 18,58 13,42 8,83

Tato žárovka je též od výrobce ledstarcz.cz. LED úsporná žárovka svíčka 3 W se závitem E14, vyrobená novou technologií připomínající klasickou žárovku. Nahrazuje cca 40 W obyčejnou žárovku. Barva světla je teplá bílá (2700 – 3000 K). Výrobce udává světelný tok 320 lm (106 lm/W). Životnost je také 50 000 hodin. Náběh na plný výkon je okamžitý. Vhodné do podhledů, lustrů, kuchyní a do jiných míst. Cena této LED žárovky je 199 Kč s DPH. Na grafu 9.3 můžeme vidět vyzařovací diagram této 3 W LED žárovky. Světelný tok a účinnost po naměření vychází o docela dost jinak, než jak udává výrobce. Svítivost: I = 16,98 Cd Světelný tok: Φ = 213,39 lm Světelná účinnost: K = 71,13 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.3.1: Vyzařovací diagram LED žárovky 3 W.

54

9.4 LED ŽÁROVKA ENF010 - C35J - 3 W

Obrázek 9.4.1: LED žárovka 3 W α [°]

r [m]

E1 [Lx]

E2 [Lx]

E3 [Lx]

E [Lx]

0° 0,5 41 50 48 46,33 15° 0,5 97 88 90 91,67 30° 0,5 74 70 72 72,00 45° 0,5 120 113 115 116,00 60° 0,5 132 126 130 129,33 75° 0,5 122 118 19 86,33 90° 0,5 116 109 110 111,67 105° 0,5 105 98 101 101,33 120° 0,5 85 80 83 82,67 135° 0,5 74 72 72 72,67 150° 0,5 56 56 58 56,67 165° 0,5 16 12 13 13,67 180° 0,5 3 4 3 3,33 195° 0,5 38 29 32 33,00 210° 0,5 64 62 63 63,00 225° 0,5 75 76 78 76,33 240° 0,5 80 80 82 80,67 255° 0,5 79 79 79 79,00 270° 0,5 90 84 87 87,00 285° 0,5 132 132 130 131,33 300° 0,5 112 112 110 111,33 315° 0,5 96 93 95 94,67 330° 0,5 55 56 56 55,67 345° 0,5 58 55 57 56,67 Tabulka 9.4.1: Naměřené hodnoty LED žárovky 3 W

55

I [Cd] 11,58 22,92 18,00 29,00 32,33 21,58 27,92 25,33 20,67 18,17 14,17 3,42 0,83 8,25 15,75 19,08 20,17 19,75 21,75 32,83 27,83 23,67 13,92 14,17

Tato LED žárovka je také od výrobce ledstarcz.cz. LED úsporná žárovka 3 W se závitem E14, vyrobená novou technologií. Barva světla je 2700 – 6500 K. Výrobce udává světelná tok 200 - 220 lm. Životnost je také 50 000 hodin. Náběh na plný výkon je také okamžitý. Cena této LED žárovky je 179 Kč s DPH. Po naměření a zpracování hodnot mi vyšel o trochu větší světlený tok, než udává výrobce. Na grafu 9.4 můžeme vidět vyzařovací diagram LED žárovky 3 W, který je hodně zvláštní, takový střapatý. Svítivost: I = 20,17 Cd Světelný tok: Φ = 253,46 lm Světelná účinnost: K = 50,69 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.4.1: Vyzařovací diagram LED žárovky 3 W.

56

9.5 LED ŽÁROVKA 4x1 W E27 TEPLÁ BÍLÁ

Obrázek 9.5.1: LED žárovka 4 W α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] 0° 1 16 15 14 15,00 15° 1 18 17 16 17,00 30° 1 26 24 23 24,33 45° 1 35 3 30 22,67 60° 1 40 37 35 37,33 75° 1 44 40 38 40,67 90° 1 44 41 38 41,00 105° 1 42 38 36 38,67 120° 1 38 34 31 34,33 135° 1 30 26 25 27,00 150° 1 15 11 10 12,00 165° 1 1 1 1 1,00 180° 1 2 1 1 1,33 195° 1 4 5 3 4,00 210° 1 25 23 22 23,33 225° 1 38 35 33 35,33 240° 1 44 41 39 41,33 255° 1 48 43 41 44,00 270° 1 46 43 40 43,00 285° 1 44 40 39 41,00 300° 1 38 35 33 35,33 315° 1 29 27 25 27,00 330° 1 21 20 20 20,33 345° 1 15 14 14 14,33 Tabulka 9.5.1: Naměřené hodnoty LED žárovky 4 W

57

I [Cd] 15,00 17,00 24,33 22,67 37,33 40,67 41,00 38,67 34,33 27,00 12,00 1,00 1,33 4,00 23,33 35,33 41,33 44,00 43,00 41,00 35,33 27,00 20,33 14,33

Tato žárovka je od výrobce ledstarcz.cz. LED žárovka 4x1 W patice E27 teplá bílá, 4 W. Nahrazuje 50 W halogenu. Barva světla je teple bílá (3000 – 3500 K). Výrobce udává světelný tok 400 lm. Životnost je také 50 000 hodin a náběh na plný výkon okamžitý. Vhodné do podhledů, bodovek, lustrů, kuchyní a do jiných míst. Cena této LED žárovky je 149 Kč. Na grafu 9.5 můžeme vidět vyzařovací diagram LED žárovky 4 W. Světelný tok mi vyšel o trošku menší, než udává výrobce. Svítivost: I = 29,08 Cd Světelný tok: Φ = 365,42 lm Světelná účinnost: K = 91,35 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.5.1: Vyzařovací diagram LED žárovky 4 W.

58

9.6 KLASICKÁ ŽÁROVKA OSRAM 75 W

Obrázek 9.6.1: Klasická žárovka Osram 75 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 72 73 73 72,67 72,67 15° 1 81 81 82 81,33 81,33 30° 1 77 76 77 76,67 76,67 45° 1 74 72 73 73,00 73,00 60° 1 76 75 75 75,33 75,33 75° 1 78 72 76 75,33 75,33 90° 1 78 74 77 76,33 76,33 105° 1 82 77 80 79,67 79,67 120° 1 85 82 83 83,33 83,33 135° 1 83 75 80 79,33 79,33 150° 1 57 65 62 61,33 61,33 165° 1 9 6 8 7,67 7,67 180° 1 7 7 7 7,00 7,00 195° 1 10 13 11 11,33 11,33 210° 1 70 68 68 68,67 68,67 225° 1 82 83 82 82,33 82,33 240° 1 76 75 76 75,67 75,67 255° 1 81 79 80 80,00 80,00 270° 1 85 84 85 84,67 84,67 285° 1 89 85 87 87,00 87,00 300° 1 85 82 84 83,67 83,67 315° 1 82 83 82 82,33 82,33 330° 1 79 80 80 79,67 79,67 345° 1 69 68 69 68,67 68,67 Tabulka 9.6.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky Osram 75 W

59

Klasická žárovka Osram 75 W je z naší domácí zásoby, takže už je starší, ale nepoužívaná. Má patici E27 a klasické rozměry. Byla vyrobena ve Francii. Životnost této klasické žárovky je 1000 hodin. Na krabičce je uvedena energetická třída E. Od výrobce je udáno, že světelný tok této žárovky je 935 lm, mnou naměřené výsledky jsou o trošku menší. Prostor osvětlený touto žárovkou je asi 300°. Její světelná účinnost oproti LED žárovce je i desetkrát menší. Náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 70,95 Cd Světelný tok: Φ = 891,63 lm Světelná účinnost: K = 11,89 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.6.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky Osram 75 W

60

9.7 KLASICKÁ ŽÁROVKA NBB BOHEMIA 75 W

Obrázek 9.7.1: Klasická žárovka NBB Bohemia 75 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 57 59 58 58,00 58,00 15° 1 64 61 63 62,67 62,67 30° 1 63 63 64 63,33 63,33 45° 1 61 59 61 60,33 60,33 60° 1 56 54 55 55,00 55,00 75° 1 60 54 56 56,67 56,67 90° 1 56 56 56 56,00 56,00 105° 1 61 63 61 61,67 61,67 120° 1 65 61 64 63,33 63,33 135° 1 54 55 56 55,00 55,00 150° 1 42 35 37 38,00 38,00 165° 1 4 5 5 4,67 4,67 180° 1 4 6 6 5,33 5,33 195° 1 26 30 27 27,67 27,67 210° 1 57 57 56 56,67 56,67 225° 1 63 64 64 63,67 63,67 240° 1 60 61 62 61,00 61,00 255° 1 56 57 57 56,67 56,67 270° 1 62 62 63 62,33 62,33 285° 1 59 60 61 60,00 60,00 300° 1 65 67 67 66,33 66,33 315° 1 69 68 72 69,67 69,67 330° 1 61 63 62 62,00 62,00 345° 1 63 65 66 64,67 64,67 Tabulka 9.7.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky NBB Bohemia 75 W

61

Další klasická žárovka je od výrobce NBB Bohemia, vyrobena v České republice. Je také z naší domácí zásoby a vzhledem k naměřeným hodnotám už byla asi používaná. Životnost je také 1000 hodin. Je to žárovka s paticí E27 a energetickou třídou E. Rozměry žárovky jsou 55 x 93 mm. Výrobce udává světelný tok 930 lm, což je stejné jako u předešlé žárovky. Naměřená hodnota této žárovky je však asi o 240 lm menší. A její světelná účinnost je také menší. Prostor osvětlený touto žárovkou je asi 315°. Náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 55,21 Cd Světelný tok: Φ = 693,81 lm Světelná účinnost: K = 9,25 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.7.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky NBB Bohemia 75 W

62

9.8 KLASICKÁ ŽÁROVKA NOVALINA 100 W MLÉČNÁ

Obrázek 9.8.1: Klasická žárovka Novalina 100 W mléčná

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 124 128 127 126,33 126,33 15° 1 121 125 125 123,67 123,67 30° 1 117 120 119 118,67 118,67 45° 1 114 117 118 116,33 116,33 60° 1 108 113 112 111,00 111,00 75° 1 106 108 109 107,67 107,67 90° 1 104 108 106 106,00 106,00 105° 1 102 107 106 105,00 105,00 120° 1 99 105 104 102,67 102,67 135° 1 89 93 92 91,33 91,33 150° 1 64 63 64 63,67 63,67 165° 1 32 30 32 31,33 31,33 180° 1 18 20 21 19,67 19,67 195° 1 62 68 67 65,67 65,67 210° 1 98 101 100 99,67 99,67 225° 1 108 108 110 108,67 108,67 240° 1 110 109 111 110,00 110,00 255° 1 111 111 112 111,33 111,33 270° 1 115 115 117 115,67 115,67 285° 1 121 123 122 122,00 122,00 300° 1 127 129 129 128,33 128,33 315° 1 130 132 132 131,33 131,33 330° 1 131 133 134 132,67 132,67 345° 1 132 131 131 131,33 131,33 Tabulka 9.8.1: Naměřené hodnoty klasické mléčné žárovky Novaline 100 W

63

Tato klasická žárovka je od výrobce Novaline. Je to mléčná 100 W žárovka s energetickou třídou E. Životnost je také 1000 hodin. Výrobce udává světelný tok 1340 lm a mnou naměřená hodnota je jen o cca 13 lm menší, což je zanedbatelné. Její účinnost je lepší než ostatních klasických žárovek, ale oproti LED žárovkám je asi devětkrát menší. Prostor osvětlený touto žárovkou je také velký, asi 315°. Jak můžeme vidět na grafu 9.8.2, náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 105,66 Cd Světelný tok: Φ = 1327,80 lm Světelná účinnost: K = 13,28 lm/W

330° 315°

345°

0°

15°

30° 45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210°

120°

195°

180°

165°

135° 150°

Graf 9.8.1: Vyzařovací diagram klasické mléčné žárovky Novaline 100 W

Graf 9.8.2: Graf náběhu klasické mléčné žárovky Novaline 100 W na plný výkon 64

9.9 KLASICKÁ ŽÁROVKA NBB BOHEMIA 40 W

Obrázek 9.9.1: Klasická žárovka NBB Bohemia 40 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 19 20 20 19,67 19,67 15° 1 25 26 26 25,67 25,67 30° 1 26 27 28 27,00 27,00 45° 1 27 27 28 27,33 27,33 60° 1 26 26 26 26,00 26,00 75° 1 24 24 24 24,00 24,00 90° 1 21 21 22 21,33 21,33 105° 1 23 24 23 23,33 23,33 120° 1 26 27 27 26,67 26,67 135° 1 28 28 29 28,33 28,33 150° 1 20 20 20 20,00 20,00 165° 1 2 2 2 2,00 2,00 180° 1 2 3 2 2,33 2,33 195° 1 10 13 12 11,67 11,67 210° 1 26 27 26 26,33 26,33 225° 1 27 28 27 27,33 27,33 240° 1 26 28 28 27,33 27,33 255° 1 24 25 25 24,67 24,67 270° 1 20 20 20 20,00 20,00 285° 1 23 23 24 23,33 23,33 300° 1 28 29 29 28,67 28,67 315° 1 29 30 30 29,67 29,67 330° 1 24 25 25 24,67 24,67 345° 1 22 21 22 21,67 21,67 Tabulka 9.9.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky NBB Bohemia 40 W

65

Klasická žárovka od výrobce NBB Bohemia, vyrobená v České republice. Energetická třída je také E. Její životnost je také 1000 hodin. Žárovka s paticí E27 a rozměry 55 x 93 mm. Výrobce udává světelný tok 370 lm. Naměřená hodnota se přibližně o 80 lm liší. Světelná účinnost 7,21 lm/W je hodně malá, ale v porovnání třeba se 100 W žárovkou je asi poloviční, ale na osvětlování malých prostorů vystačí. Prostor osvětlený touto žárovkou je asi 315°. Jak můžeme vidět na grafu 9.9.2, náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 22,95 Cd Světelný tok: Φ = 288,34 lm Světelná účinnost: K = 7,21 lm/W 345° 330° 315°

0°

15°

30° 45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210° 195°

120°

180°

135° 150° 165°

Graf 9.9.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky NBB Bohemia 40 W

Graf 9.9.2: Graf náběhu klasické žárovky NBB Bohemia 40 W na plný výkon

66

9.10 KLASICKÁ ŽÁROVKA RADIUM 60 W

Obrázek 9.10.1: Klasická žárovka Radium 60 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 57 55 55 55,67 55,67 15° 1 64 62 63 63,00 63,00 30° 1 59 59 60 59,33 59,33 45° 1 55 55 55 55,00 55,00 60° 1 59 58 59 58,67 58,67 75° 1 57 56 56 56,33 56,33 90° 1 61 60 61 60,67 60,67 105° 1 64 63 64 63,67 63,67 120° 1 61 62 62 61,67 61,67 135° 1 57 58 59 58,00 58,00 150° 1 53 52 53 52,67 52,67 165° 1 4 5 5 4,67 4,67 180° 1 6 6 6 6,00 6,00 195° 1 14 18 17 16,33 16,33 210° 1 58 58 59 58,33 58,33 225° 1 60 62 61 61,00 61,00 240° 1 59 61 62 60,67 60,67 255° 1 60 61 60 60,33 60,33 270° 1 68 70 70 69,33 69,33 285° 1 66 67 68 67,00 67,00 300° 1 64 65 65 64,67 64,67 315° 1 61 63 63 62,33 62,33 330° 1 58 60 59 59,00 59,00 345° 1 56 57 57 56,67 56,67 Tabulka 9.10.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky Radium 60 W

67

60 W žárovka od výrobce Radium, která byla vyrobena ve Francii. Také už jsme ji měli doma jako náhradní, ale ještě nebyla použita. Životnost je též 1000 hodin. Tato žárovka také spadá do energetické třídy E. Výrobce udává světelnou účinnost 710 lm. Naměřená hodnota se liší jen nepatrně. Na grafu 9.10.1 vidíme, že tato žárovka také osvětluje prostor je velkém úhlu, asi 300°. Náběh na plný výkon je také okamžitý. Svítivost: I = 55,10 Cd Světelný tok: Φ = 692,44 lm Světelná účinnost: K = 11,4 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.10.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky Radium 60 W

68

9.11 KLASICKÁ ŽÁROVKA TESLA 200 W

Obrázek 9.11.1: Klasická žárovka Tesla 200 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 313 321 322 318,67 318,67 15° 1 315 320 321 318,67 318,67 30° 1 312 320 320 317,33 317,33 45° 1 289 297 292 292,67 292,67 60° 1 273 278 275 275,33 275,33 75° 1 259 261 261 260,33 260,33 90° 1 227 230 228 228,33 228,33 105° 1 244 243 250 245,67 245,67 120° 1 271 268 271 270,00 270,00 135° 1 275 281 279 278,33 278,33 150° 1 270 267 269 268,67 268,67 165° 1 197 194 195 195,33 195,33 180° 1 32 35 34 33,67 33,67 195° 1 193 190 170 184,33 184,33 210° 1 264 267 264 265,00 265,00 225° 1 270 271 273 271,33 271,33 240° 1 259 261 261 260,33 260,33 255° 1 238 235 234 235,67 235,67 270° 1 213 215 210 212,67 212,67 285° 1 264 261 264 263,00 263,00 300° 1 282 283 284 283,00 283,00 315° 1 310 308 311 309,67 309,67 330° 1 320 322 318 320,00 320,00 345° 1 330 328 340 332,67 332,67 Tabulka 9.11.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky Tesla 200 W

69

Klasická žárovka Tesla 200 W, je vyrobena v České republice. Není vhodná pro použití do domácnosti, spíše pro průmyslové použití. Životnost je také 1000 hodin. Tato žárovka má patici E27, ale větší rozměry než klasická žárovka. Její energetická třída je E. Výrobce udává světelný tok 2990 lm, naměřená hodnota je asi 3286 lm, což je více. Její světelná účinnost je však pouze cca 16 lm/W. Prostor osvětlený touto žárovku je asi 330°. Náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 261,47 Cd Světelný tok: Φ = 3285,78 lm Světelná účinnost: K = 16,43 lm/W

330°

345°

0°

15°

30°

315°

45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240°

120°

225°

135° 210°

195°

180°

165°

150°

Graf 9.11.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky 200 W

70

9.12 KLASICKÁ ŽÁROVKA TES - LAMPS 60 W

Obrázek 9.12.1: Klasická žárovka Tes - lamps 60 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 77 78 76 77,00 77,00 15° 1 73 74 72 73,00 73,00 30° 1 71 71 69 70,33 70,33 45° 1 72 73 70 71,67 71,67 60° 1 70 71 69 70,00 70,00 75° 1 65 66 64 65,00 65,00 90° 1 58 59 59 58,67 58,67 105° 1 55 55 55 55,00 55,00 120° 1 59 59 59 59,00 59,00 135° 1 64 65 65 64,67 64,67 150° 1 62 63 65 63,33 63,33 165° 1 6 7 8 7,00 7,00 180° 1 7 6 6 6,33 6,33 195° 1 11 11 11 11,00 11,00 210° 1 64 66 67 65,67 65,67 225° 1 61 60 61 60,67 60,67 240° 1 71 70 71 70,67 70,67 255° 1 68 65 68 67,00 67,00 270° 1 64 64 65 64,33 64,33 285° 1 61 62 61 61,33 61,33 300° 1 63 64 64 63,67 63,67 315° 1 69 68 68 68,33 68,33 330° 1 68 66 68 67,33 67,33 345° 1 73 72 71 72,00 72,00 Tabulka 9.12.1: Naměřené hodnoty klasické žárovky Tes - lamps 60 W

71

Toto je poslední z klasických žárovek s výkonem 60 W. Byla vyrobena v České republice. Její životnost je také 1000 hodin. Tato žárovka patří do energetické třídy E. Výrobce udává světelný tok 710 lm, já jsem naměřila zase o něco větší, asi 758 lm. Světelná účinnost je na klasickou žárovku dobrá. Osvětlený prostor je asi 300°, jak můžeme vidět na grafu 9.12.1. A na grafu 9.12.2 můžeme vidět, že náběh na plný výkon je okamžitý. Svítivost: I = 60,35 Cd Světelný tok: Φ = 758,37 lm Světelná účinnost: K = 12,64 lm/W

330° 315°

345°

0°

15°

30° 45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210°

120°

195°

180°

165°

135° 150°

Graf 9.12.1: Vyzařovací diagram klasické žárovky Tes - lamps 60 W

Graf 9.12.2: Graf náběhu klasické žárovky Tes - lamps 60 W na plný výkon

72

9.13 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA KONNOC 11 W

Obrázek 9.13.1: Kompaktní zářivka Konnoc 11 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 15 17 18 16,67 16,67 15° 1 22 26 26 24,67 24,67 30° 1 32 36 38 35,33 35,33 45° 1 40 46 48 44,67 44,67 60° 1 46 53 55 51,33 51,33 75° 1 50 55 57 54,00 54,00 90° 1 49 54 56 53,00 53,00 105° 1 44 49 48 47,00 47,00 120° 1 35 38 39 37,33 37,33 135° 1 25 26 27 26,00 26,00 150° 1 13 14 14 13,67 13,67 165° 1 3 4 3 3,33 3,33 180° 1 2 2 2 2,00 2,00 195° 1 5 5 5 5,00 5,00 210° 1 16 18 19 17,67 17,67 225° 1 28 30 29 29,00 29,00 240° 1 37 41 41 39,67 39,67 255° 1 46 48 49 47,67 47,67 270° 1 51 53 54 52,67 52,67 285° 1 51 54 54 53,00 53,00 300° 1 48 50 51 49,67 49,67 315° 1 42 43 44 43,00 43,00 330° 1 32 34 34 33,33 33,33 345° 1 22 23 23 22,67 22,67 Tabulka 9.13.1: Naměřené hodnoty kompaktní zářivky 11 W

73

Kompaktní zářivka o výkonu 11 W je od výrobce Konnoc. Životnost, kterou udává výrobce, je 8000 hodin. Cena této kompaktní zářivky je asi 45 Kč. Energetická třída této kompaktní zářivky je A. Barva světla je 2700 K. Výrobce udává světelný tok 550 lm, mnou naměřená hodnota této žárovky je skoro o 100 lm menší. Na grafu 9.13.1 vidíme vyzařovací diagram. A na grafu 9.13.2 náběh na plný výkon, na kterém můžeme vidět, že žárovka se maximálně rozsvítí už asi po 30 s, ale po dalších 30 s trochu klesne a graf potom rovnoměrně pomalu stoupá a po 300 sekundách se ustálí. Svítivost: I = 36,51 Cd Světelný tok: Φ = 458,79 lm Světelná účinnost: K = 41,71 lm/W 345° 330° 315° 300°

0°

15°

30° 45° 60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210° 195°

180°

120° 135° 150° 165°

Graf 9.13.1: Vyzařovací diagram kompaktní zářivky Konnoc 11 W

Graf 9.13.2: Graf náběhu kompaktní zářivky Konnoc 11 W na plný výkon 74

9.14 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA ECO LITE 46 W

Obrázek 9.14.1: Kompaktní zářivka Eco lite 46 W

α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 1 194 190 194 192,67 192,67 15° 1 230 226 224 226,67 226,67 30° 1 268 266 262 265,33 265,33 45° 1 294 290 285 289,67 289,67 60° 1 282 278 273 277,67 277,67 75° 1 253 250 245 249,33 249,33 90° 1 244 235 228 235,67 235,67 105° 1 214 207 200 207,00 207,00 120° 1 205 200 193 199,33 199,33 135° 1 173 174 169 172,00 172,00 150° 1 112 109 100 107,00 107,00 165° 1 57 59 57 57,67 57,67 180° 1 27 26 24 25,67 25,67 195° 1 64 64 66 64,67 64,67 210° 1 120 125 116 120,33 120,33 225° 1 196 194 183 191,00 191,00 240° 1 214 218 207 213,00 213,00 255° 1 214 221 209 214,67 214,67 270° 1 240 247 231 239,33 239,33 285° 1 253 264 248 255,00 255,00 300° 1 276 283 267 275,33 275,33 315° 1 286 294 277 285,67 285,67 330° 1 264 280 260 268,00 268,00 345° 1 227 237 223 229,00 229,00 Tabulka 9.14.1: Naměřené hodnoty kompaktní zářivky Eco lite 46 W

75

Další kompaktní zářivka je od výrobce Eco lite s výkonem 46 W. Průměrná doba životnosti je asi 8000 hodin. Cena této kompaktní zářivky je asi 249 Kč. Zářivka spadá do energetické třídy A. Barva světla je 4100 K - bílé světlo. Světelný tok, který udává výrobce je 2600 lm, a já jsem naměřila o malinko větší, asi 2663 lm. Tato kompaktní zářivka má větší rozměry než klasická (délka 23 cm, průměr 7,5 cm). Není určena ke stmívání. Na grafu 9.14.2 vidíme její náběh, asi po 30 s se dostane na maximum a pak lehce klesne a ustálí se. Svítivost: I = 211,91 Cd Světelný tok: Φ = 2662,90 lm Světelná účinnost: K = 57,89 lm/W 345° 330° 315°

0°

15°

30° 45°

300°

60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210° 195°

120°

180°

135° 150° 165°

Graf 9.14.1: Vyzařovací diagram kompaktní zářivky Eco lite 46 W

Graf 9.14.2: Graf náběhu kompaktní zářivky Eco lite 46 W na plný výkon 76

9.15 KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKA HALLUX 8 W

Obrázek 9.15.1: Kompaktní zářivka Hallux 8 W α [°] r [m] E1 [Lx] E2 [Lx] E3 [Lx] E [Lx] I [Cd] 0° 0,5 62 64 67 64,33 16,08 15° 0,5 64 65 67 65,33 16,33 30° 0,5 62 63 64 63,00 15,75 45° 0,5 57 58 60 58,33 14,58 60° 0,5 50 51 53 51,33 12,83 75° 0,5 40 42 45 42,33 10,58 90° 0,5 36 38 39 37,67 9,42 105° 0,5 26 28 31 28,33 7,08 120° 0,5 19 22 24 21,67 5,42 135° 0,5 14 15 16 15,00 3,75 150° 0,5 5 7 8 6,67 1,67 165° 0,5 1 1 1 1,00 0,25 180° 0,5 1 1 1 1,00 0,25 195° 0,5 5 8 6 6,33 1,58 210° 0,5 15 18 18 17,00 4,25 225° 0,5 24 27 28 26,33 6,58 240° 0,5 35 36 38 36,33 9,08 255° 0,5 43 45 47 45,00 11,25 270° 0,5 51 53 56 53,33 13,33 285° 0,5 59 62 65 62,00 15,50 300° 0,5 69 71 72 70,67 17,67 315° 0,5 71 73 75 73,00 18,25 330° 0,5 71 73 74 72,67 18,17 345° 0,5 69 70 71 70,00 17,50 Tabulka 9.15.1: Naměřené hodnoty kompaktní zářivky Hallux 8 W

77

Poslední z naměřených žárovek je kompaktní zářivka od výrobce Hallux s výkonem 8 W. Její životnost je asi 8000 hodin. Cena této kompaktní zářivky se pohybuje kolem 99 Kč. Tato kompaktní zářivka také spadá do energetické třídy A. Barva světla je 4200 K. Výrobce udává světelný tok 260 lm, já jsem naměřila pouhých 147,62 lm, což je ale způsobeno tím, že už byla používána. Na grafu 9.15.2 vidíme její náběh na plný výkon, který je celou dobu pozvolný a trvá asi 10 minut, což je pro častý provoz nepraktické. Svítivost: I = 11,75 Cd Světelný tok: Φ = 147,62 lm Světelná účinnost: K = 17,45 lm/W 345° 330° 315° 300°

0°

15°

30° 45° 60°

285°

75°

270°

90°

255°

105°

240° 225° 210° 195°

180°

120° 135° 150° 165°

Graf 9.15.1: Vyzařovací diagram kompaktní zářivky Hallux 8 W

Graf 9.15.2: Graf náběhu kompaktní zářivky Hallux 8 W na plný výkon 78

9.16 MĚŘENÍ DLOUHODOBÉ ŽÁROVKY

Na dlouhodobé měření byla použita 6 W LED žárovka od výrobce EMOS. Její udávaná životnost je 30 000 hodin a její energetická třída je A+. Barva této žárovky je teplá bílá (3000 K). Cena žárovky je 105 Kč. Na krabičce je udán světelný tok 400 lm, mně však vyšlo v průměru 1132,25 lm, to je způsobeno tím, že žárovka byla měřena pouze v přímém směru, kde má největší svítivost. Kdyby byla měřena v celých 360° vyzařovacího diagramu, její světelný tok by byl stejný, jako je udáno na krabičce. Žárovka byla měřena v bytě, pokaždé večer, aby byla co nejméně ovlivněna okolním světlem. Byla měřena jednou týdně celý měsíc, což je 672 hodin. Na grafu 9.16.1 můžeme vidět, že osvětlení kleslo první týden asi o 23 Lx, což je asi 5 %, a poté se ustálilo a lišilo se minimálně (±2 Lx).

t [hod] r [m] E [Lx] 0 0,5 454 168 0,5 431 336 0,5 433 504 0,5 432 672 0,5 434 Tabulka 9.16.1: Tabulka měření osvětlení dlouhodobé žárovky

455 450

E [Lx]

445 440 435 430 425 0

100

200

300

400

500

t [hod]

Graf 9.16.1: Graf závislosti osvětlení na době svícení

79

600

700

10 ZÁVĚR Cílem měření bylo naměřit svítivost, světelný tok a světelnou účinnost u 15 různých žárovek a jejich porovnání podle světelné účinnost a ceny. Nové technologie LED žárovek, které jsem měla možnost si půjčit a proměřit, mají vysokou světelnou účinnost. Skoro u všech LED žárovek se hodnota světelné účinnosti pohybuje okolo 100 lm/W. Jejich životnost je též vysoká, až 50x větší než u klasických žárovek. Jejich velká nevýhoda je vysoká cena, která se pohybuje od 200 do 500 Kč. A vybavit si celý byt žárovkami za 500 Kč je asi pro každého dost drahé. Klasické žárovky, které už se dnes nevyrábí, mají hodně nízké hodnoty světelné účinnosti. Tyto hodnoty se pohybují od 7 do 13 lm/W, trošku větší světelnou účinnost má 200W žárovka, která se ale moc nehodí do běžných domácností. Jejich velkou nevýhodou je krátká životnost, asi 1000 hodin. Jediné příznivé je na nich cena, která se pohybuje tak kolem 20 - 30Kč. Světlená účinnost kompaktních zářivek je přijatelná, pohybuje se v rozmezí 40 60 lm/W. Ani jejich cena není nejhorší, pohybuje se kolem 100 Kč. Životnost kompaktních zářivek je také lepší než u klasických žárovek. Jejich největší nevýhoda je, že nemají okamžitý náběh na plný výkon. U žárovek, kterým to trvá 30 s, to ještě není nic hrozného, ale žárovka, která se rozsvěcí 10 minut, už je poněkud nepraktická. A drobnou nevýhodou jsou i jejich tvary, které ne vždy musí sedět do svítidel, které máme doma. Jako nejlepší se mi zdá kompaktní zářivka Konnoc 11 W, která má sice menší světelný tok, zato ale docela vysokou světelnou účinnost, necelých 42 lm/W. A její cena 45 Kč je přijatelná. Při měření dlouhodobé žárovky bylo zjištěno, že první týden osvětlení žárovky klesne asi o 23 Lx a poté se ustálí. Bylo by zajímavé měřit žárovku ještě dlouhodoběji, několik tisíc hodin, to však bylo pro tuto bakalářskou práci časově náročné.

80

NÁZEV

DRUH

SVÍTIVOST [Cd]

Ledstar.cz LED 78,62 9W žárovka Ledstar.cz LED 58,77 7W žárovka Ledstar.cz LED 16,98 3W žárovka Ledstar.cz LED 20,17 3W žárovka Ledstar.cz LED 29,08 4x 1W žárovka Osram Klasická 70,95 75 W žárovka NBB Bohemia Klasická 55,21 75 W žárovka Novalina Klasická 105,66 100 W žárovka NBB Bohemia Klasická 22,95 40 W žárovka Radium Klasická 55,10 60 W žárovka Tesla Klasická 261,47 200 W žárovka Tes-lamps Klasická 60,35 60 W žárovka Konnoc Kompaktní 36,51 11 W zářivka Eco lite Kompaktní 211,91 46 W zářivka Hallux Kompaktní 11,75 8W zářivka Tabulka 10.1: Tabulka naměřených žárovek

SVĚTELNÝ TOK [lm]

SVĚTELNÁ ÚČINNNOST [lm/W]

NÁBĚH

CENA

988,01

109,78

Okamžitý

299 Kč

738,58

105,51

Okamžitý

465 Kč

213,39

71,13

Okamžitý

199 Kč

253,46

50,69

Okamžitý

179 Kč

365,42

91,35

Okamžitý

149 Kč

891,63

11,89

Okamžitý

20-30 Kč

693,81

9,25

Okamžitý

20-30 Kč

1327,80

13,28

Okamžitý

20-30 Kč

288,34

7,21

Okamžitý

20-30 Kč

692,44

11,4

Okamžitý

20-30 Kč

3285,78

758,37

Okamžitý

20-30 Kč

758,37

12,64

Okamžitý

20-30 Kč

458,79

41,71

30 s

45 Kč

2662,90

57,89

30 s

249 Kč

147,62

17,45

600 s

99 Kč

Jelikož pocházím z Jindřichova Hradce, který je znám jako jedno z prvních měst, které bylo elektricky osvětleno, v přílohách přikládám pár zmínek o osvětlování Jindřichova Hradce a o elektrárně Františka Křižíka, která se zde nachází. Všechny informace byly zjištěny ve státním oblastním archivu v Třeboni – oddělení správy fondů a sbírek Jindřichův Hradec.

81

11 ZDROJE [1] Odborný časopis Světlo, 2005, číslo 3 [2] Odborný časopis Světlo, 2005, číslo 4 [3] http://www.techmania.cz/edutorium/art_vedci.php?key=476, 25. 10. 2014 [4] http://technet.idnes.cz/pred-160-lety-se-praha-rozsvitila-ale-lide-se-bali-fr6/tec_technika.aspx?c=A070913_185907_tec_technika_rja, 25. 10. 2014 [5] http://www.quido.cz/objevy/zarovka.htm, 25. 10. 2014 [6] http://www.novakoviny.eu/archiv/historie/438-edison-zarovka, 26. 10. 2014 [7] http://www.rozhlas.cz/vedaarchiv/technologie/_zprava/388100, 26. 10. 2014 [8] Gottfried Schröder: Technická optika, Praha 1981 [9] http://cs.wikipedia.org/wiki/%C5%BD%C3%A1rovka, 6. 11. 2014 [10] Odborný časopis Světlo, 2008, číslo 4 [11] http://www.lustry-svitidla.cz/klasicke-zarovky-a-jejich-parametry, 6. 11. 2014 [12] http://www.earch.cz/cs/svetelne-zdroje-obycejne-zarovky, 6. 11. 2014 [13] http://www.rent.cz/clanky/detail/jake-jsou-vyhody-a-nevyhody-klasickehalogenove-usporne-a-led-zarovky.htm 7. 11. 2014 [14] http://cs.wikipedia.org/wiki/Nahrazov%C3%A1n%C3%AD_%C5%BE%C3%A1rovek, 7. 11. 2014 [15] http://cs.wikipedia.org/wiki/Kompaktn%C3%AD_z%C3%A1%C5%99ivka, 10. 11. 2014 [16] http://www.earch.cz/cs/svetelne-zdroje-kompaktni-zarivky, 10. 11. 2014 [17] Odborný časopis Elektro, 2010, číslo 10

82

[18] Miroslav Ťoupal: Světelné zdroje a jejich účinnost, Bakalářská práce, PF JU Č. Budějovice, 2009 [19] http://www.earch.cz/cs/svetelne-zdroje-halogenove-zarovky, 10. 12. 2014 [20] http://cs.wikipedia.org/wiki/Halogenov%C3%A1_%C5%BE%C3%A1rovka, 10 12. 2014 [21] http://cs.wikipedia.org/wiki/LED, 12. 1. 2015 [22] Odborný časopis Světlo, 2009 číslo 5 [23] http://ledzarovky.wz.cz/new-page/myty-a-fakta-o-led.html, 12. 1. 2015 [24] http://www.elkovo-cepelik.cz/led-svetelne-diody-light-emitting-diodes, 12. 1. 2015 [25] Vojtěch Stah, Jiří Tesař: Fyzikální praktikum III. České Budějovice, 1979 [26] Miloš Chvojka, Jiří Skála: Malý slovník jednotek měření, Praha, 1982 [27] http://eshop.micronix.cz/merici-technika/neelektricke-veliciny/zareniosvetleni/luxmetry/lutron-lx-101.html, 4. 2. 2015 [28] http://www.vernier.cz, 4. 2. 2015 [29] http://www.led4all.cz/, 8. 2. 2015 [30] Jaromír Brož a kolektiv: Základy fyzikálních měření, Praha, 1983 [31] Kulturně historický archiv města Jindřichův Hradec [32] Zámecký mlýn v Jindřichově Hradci

83

12 PŘÍLOHY 12.1 PŮSOBENÍ FRANTIŠKA KŘIŽÍKA A VEŘEJNÉ OSVĚTLENÍ V JINDŘICHOVĚ HRADCI

Zmínka o elektrickém osvětlení v Jindřichově Hradci v Ohlasu od Nežárky ze dne 13. dubna 1888: „Elektrické osvětlení města k účelům veřejným a soukromým bylo minulou středu odevzdáno svému účelu. Zařízení toto dlužno nazvati toho druhu prvním nejen v Čechách, nýbrž i v celém Rakousku. Města, která elektricky osvětlena jsou, jako Temešvár a provisorním dosud osvětlováním opatřený Písek, mají zařízení pouze k osvětlování veřejnému sloužící, nikoli však k účelům soukromým. Osvětlení obojího druhu provedeno právě v Jindřichově Hradci. Instalaci tu provedl, jak známo zdejší velkostatek hraběte Černína hlavně přičiněním vrchního ředitele p. dr. Jičínského na svůj vlastní účet k účelům jak svým a soukromým, tak i na základě smlouvy s obcí a jednotlivci k účelům veřejným ku osvětlování ulic města, jakož i krámů a bytů osob privátních ku pohánění dynamoelektrických strojů slouží síla vodní z panského rybníka, jež využitkována jest v nově postavené turbíně v síle as 50 koňských sil. Rozvod po městě proveden vesměs nad zemí poj způsobu telegrafního vedení z drátu měděného různé síly na zvonkovitých porcelánových isolátorech. K osvětlení ulic slouží 90 žárovek ve světlosti 16ti a 2 obloukové lampy po 1000 normálních svíčkách. Žárovky ty různě na místech příhodných po městě rozděleny skýtají světla velmi skvělého, ku osvětlení ulic více než dostatečného. Vyjma těch, použito k osvětlení zámku 130, k osvětlení bytů a krámů 161 žárovek. Počtem lamp právě uvedených jest síla úplně využitkována, tak že bohužel zařízení s tou silou zvětšiti nelze a to k velkému žalu většiny soukromníků, na něž elektrického světla se nedostalo. Přihlášky mezi soukromníky byly velmi četné, však za těžko bylo většině jich vyhověti. Okolnost ta byla příčinou, že na zařízení nové centrály se silou třeba i parní, již dne, v poměrně velmi krátkém čase po dohotovení nynější instalace vážně se pomýšlí. Za použití proudu elektrického ku osvětlování platí město podnikateli 12, soukromník pak 15 zl. za každou namontovanou žárovku ročně.“ [31]

84

Dopisy: „Z Hradce do Hradce. Budiž světlo! Bylo světlo a to světlo učiněno v pondělí dne 14. t. m. na den sv. Matyldy o 7. hodině večerní, a bylo to světlo elektrické, kteréž osvítilo naše náměstí a panskou ulici a vzbudilo závisť v ulicích ostatních, kdež jakoby panovala tma egyptská. Panovala toho dne studená chumelenice sněhová a mráz pronikal kosti; vítr fičel a nemilosrdně bičoval vločky sněhové do tváří houfu lidstva, kteréž stálo u každé té misky plechové, obdivující a pozorující nepatrný uhlík, kterak rozžhaven neviditelnou mocí v té skleněné hruštičce sálal do mrazivého vzduchu světlo skoro denní, rovnající se světlu šestnácti svíček, kteréž přece nemožno v řadě postaviti na římsu domu, aby osvětlovaly nám cestu, když nejistým krokem jest se nám bráti ze střelnice neb od Dvořáků, Níčů, Tuzarů, Friedlů, Kohoutů, Cimlerů, Solperů a podobných jiných útulků strastí pozemských bo hrbolatých cestách do rájů našich domácích. A byl den úterý, a jemu následují ostatní, a vždy o 7. hodině večerní stojí diváků nesčetných, očekávajících dychtivě okamžik, kdy jakoby dotknutím čarovného proutku mizí tma a nastává jasný okamžik nad jejich hlavami, kdy tají dech a najednou hlasitých „ah!“ ulevují stísněným prsoum svým a výkřik radostí rozléhá se kolem… …Proud lidstva hrne se podjezdem kolem lékárny na podhradí, kdežto v panském pivovaře pracuje tajemný stroj postavený k vyrábění obdivovaného svítiva, jímžto až posud žádné město v Čechách honositi se nemůže. Již zdaleka slyšeti hukot a dychot příšerný a mocný sloup černého dýmu valí se z útrob vysokého komínu, a halí v neproniknutelný háv šedé zdivo starobylého hradu a udiveně hledí na tento ruch hrůzná hladomorna, na jejíž úpatí rozkládá se novověký závod užitečného průmyslu a výrobna blahodatného moku, vyhlášeného jindřichohradeckého ležáku. Parní stroj neúnavně pracuje silou několika atmosfér na vyrábění elektřiny, jejižto rozvod do města děje se pomocí bezpočetných drátů natažených po domech, ježto jindy při blížící se bouřce a ozývajícím se hromotřesku v základech svých se otřásaly, nyní však klidně a spokojeně daly se sepnouti měděným řetězem, po němž letí jiskra hromová, aby stala se užitečnou ve prospěch všeobecný a podala tak důkazu o všemohoucnosti lidského důmyslu…“ [31] 85

12.2 KŘIŽÍKOVA ELEKTRÁRNA V JINDŘICHOVĚ HRADCI

Zámecký mlýn stojí v Jindřichově Hradci již od 15. století. Za velkého požáru v roce 1615 mlýn vyhořel. Obnoven byl až v roce 1673 a dovybaven na 14 vodních kol. Při dalším požáru roku 1773 mlýn opět vyhořel, tentokrát byl opraven již za čtyři roky. Měl znovu 14 vodních kol, jednu stoupu1 a velké čerpací kolo pro vodovod. V roce 1835 byl rekonstruován a modernizován. České mlynářství však od osmdesátých let 19. století upadalo. Ředitel černínských statků Karel Jičínský proto hledal pro objekt jiné využití. Navrhl, že by zde bylo možné zařídit elektrárnu, která by vyráběla proud nejen pro zámek, ale i pro celé město. Proměna mlýna v elektrárnu nevyžadovala žádné zásadní stavební úpravy. Přirozenou hnací sílu zajišťoval pravidelný přítok z rybníka Vajgar. Zpočátku měl pohon elektrodynamických strojů obstarávat parní stroj o výkonnosti 19HP. V lednu roku 1887 byly dva elektrodynamické stroje Křižíkova systému nainstalovány a o týden později se již v pivovaře zkušebně svítilo. V únoru bylo elektrické osvětlení zavedeno na náměstí a do Panské ulice a v polovině března již začali zvědaví občané obdivovat první osvětlení. Nebylo moc intenzivní, protože žárovka měla svítivost 16 svíček. V květnu byla objednána vodní turbína o výkonnosti 50HP, která umožnila dodávat proud až do 600 žárovek. Licence na provoz elektrárny byla udělena od dubna roku 1888. V roce 1902 bylo potřeba elektrárnu rozšířit. Roku 1921 byla dodána druhá turbína a dynamo bylo vyměněno za generátor o výkonu 50HP. Elektrárna pracovala až do roku 1995. V roce 1998 převzal správu nad objektem Národní památkový ústav a v létech do roku 2001 byla provedena celková rekonstrukce. Vzhledem k tomu, že je mlýn s elektrárnou národní kulturní památkou, byly zde zachovány všechny důležité části původní technologie. Chod elektrárny je dnes řízen automatiky přes počítač. Celkový instalovaný výkon je 75kW.

1

Stoupa je nejstarší zařízení pro drcení křehkých materiálů.

86

Nové parametry elektrárny: -

Výkon činný

75 kW

-

Jmenovitý příkon

50 kW

-

Průměrný výkon

30 kW

-

Jmenovité napětí statoru

380 V

-

Kmitočet

50 Hz

-

Účiník

0,8

Jsou instalovány: -

Dvě původní Francoisovy turbíny o hltnosti Hj = 1,95+0,95 m3/s

-

Původní asynchronní generátor

75 kW

-

Jmenovitý spár

max = 4,95 m

-

Otáčky hřídele

Nj = 275 ot/min

Jmenovité otáčky asynchronního generátoru

730 ot/min

Předpokládaná výroba elektřiny za rok při plném průtoku 325 000 kWh.

Zpracováno podle informací z Jindřichohradeckého zámeckého mlýna. [32]

V přílohách byla ponechána autentická čeština z 19. století.

87